由天然聚合物制備的水凝膠具有優(yōu)異的生物相容性和生物降解性，在藥物輸送、傷口愈合和再生醫(yī)學(xué)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。在功能廣泛的多糖中，不同脫乙酰度的殼聚糖被應(yīng)用在不同的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。殼聚糖的改性形式（即磷酸化殼聚糖膜）在體外礦化方面是有效的，因此在牙科應(yīng)用中作為仿生涂層也是有前途的。雖然其它多糖通常具有中性或陰離子電荷，但脫乙酰殼多糖的陽(yáng)離子性質(zhì)賦予其抗革蘭氏陰性/陽(yáng)性細(xì)菌的抗微生物特性，這使得它更適于植入極易被感染的生物組織中。由于牙齒感染是大多數(shù)牙齒組織退化的基礎(chǔ)，因此，殼聚糖水凝膠（CH）也被認(rèn)為是治療牙齒軟組織部位缺損的最佳選擇之一。此外，改變殼聚糖的分子量可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的抗菌和抗病毒作用，也防止了耐藥菌的出現(xiàn)。

姜黃素（Cur）作為一種酚類化合物，具有抗微生物、抗氧化、抗炎、抗癌等生物活性的功能。由于Cur具有一定的疏水性，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)其在水性環(huán)境中的分散，因此降低了Cur的生物利用度。將Cur封裝在微米/納米顆粒中，可以克服其生物利用度和穩(wěn)定性問(wèn)題。α-生育酚（Toc）是維生素E的一種天然存在形式，通過(guò)其抗氧化和抗炎活性在愈合中發(fā)揮重要作用，降低機(jī)體的免疫反應(yīng)。由于Toc是一種脂溶性和疏水性化合物，因此存在和Cur類似的應(yīng)用問(wèn)題。為了提高Toc的穩(wěn)定性和溶解性，將Toc用脂質(zhì)體包裹并結(jié)合到CH中，以降低心臟組織工程中的氧化應(yīng)激。盡管Cur和Toc在預(yù)防感染和促進(jìn)愈合速度慢的軟組織再生方面具有突出的潛力，但是它們應(yīng)用在牙組織工程Lip和CH制劑中可能存在的協(xié)同作用還沒(méi)有被研究過(guò)。

基于以上背景，2024年6月7日，波蘭羅茲大學(xué)Vignesh Kumaravel、Deniz Atila等人在《Advanced Healthcare Materials》上發(fā)表題為：“Injectable Liposome-Loaded Hydrogel Formulations with Controlled Release of Curcumin and α-Tocopherol for Dental Tissue Engineering”的研究成果。利用低分子量（LMW）和高分子量（HMW）的殼聚糖水凝膠 （CH）結(jié)合脂質(zhì)體納米顆粒包裹的姜黃素和α-生育酚（Lip/Cur+Toc），開(kāi)發(fā)了一種新型可注射水凝膠制劑，詳見(jiàn)圖1。該制劑能夠延遲釋放活性成分，并促進(jìn)生物礦化過(guò)程，在牙科組織工程中也具有一定的抗氧化和抗菌特性。進(jìn)一步證明水凝膠制劑在牙髓和牙周病的軟組織再生方面具有應(yīng)用到牙組織工程上的潛力，也為未來(lái)抗菌材料的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

圖1 研究設(shè)計(jì)：水凝膠-脂質(zhì)體納米顆粒組的制備示意圖(A)和研究原理(B)

通過(guò)薄膜水合法制備Lip，并使用脂質(zhì)體擠出器通過(guò)高效的擠壓方式來(lái)制備小單層囊泡（SUV），脂質(zhì)體組合主要分為四個(gè)實(shí)驗(yàn)組：i) 空白Lip、ii) Lip/Cur、iii) Lip/Toc、iv) Lip/Cur+Toc。脂質(zhì)處方：DSPC:CHOL: DSPE-PEG2000= 7:3:0.28，mol/ mol；藥脂比≈0.125，高于0.2的藥物/脂質(zhì)比會(huì)引起脂質(zhì)雙層的破壞和結(jié)構(gòu)變形。對(duì)四組Lip的粒徑(圖2，A)、zeta電位、包封率、形態(tài)（圖2，B）等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。

利用低分子量的殼聚糖水凝膠（LCH）和高分子量的殼聚糖水凝膠（HCH）結(jié)合到Lip上，主要分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)組：i) 無(wú)水凝膠Lip組、ii) 加載LCH的Lip組、iii) 加載LCH的Lip組。評(píng)價(jià)了Cur和Toc從Lip/CH組合中的控制釋放(圖2，CDE)，當(dāng)Lip被裝載到水凝膠中時(shí)，這種控制釋放被延遲，從而改善了持續(xù)釋放的行為。

圖2 Lip相關(guān)實(shí)驗(yàn)組的部分表征結(jié)果

通過(guò)掃描電子顯微鏡檢查法（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、熱重分析（TGA）、差示掃描量熱儀（DSC）等技術(shù)對(duì)水凝膠進(jìn)行了表征。觀察到水凝膠的互連孔隙，孔徑分布顯示HCH的孔徑比LCH大；凝膠化后證實(shí)了水凝膠的交聯(lián)過(guò)程；HCH的熱穩(wěn)定性高于LCH；流變學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)證明了水凝膠的可注射性；此外，水解降解和酶促降解研究均表明，HCH比LCH表現(xiàn)出更慢的降解效率，故HCH相對(duì)穩(wěn)定。

本研究首次通過(guò)計(jì)算模型詳細(xì)研究水凝膠的抗菌機(jī)理。除了金黃色葡萄球菌膜的對(duì)稱膜結(jié)構(gòu)之外，還注意到不對(duì)稱大腸桿菌膜的孔的不穩(wěn)定性，這可能是導(dǎo)致LCH和HCH相互作用以及Cur和Toc穿透細(xì)菌膜時(shí)的抗微生物性質(zhì)差異的原因。

本文利用低分子量和高分子量殼聚糖（LCH和HCH）與姜黃素和α-生育酚負(fù)載脂質(zhì)體（Lip/Cur+Toc）結(jié)合開(kāi)發(fā)了可注射的水凝膠制劑。通過(guò)材料特性研究和體外研究，檢測(cè)了Lip/Cur+Toc@ CH對(duì)牙髓和牙周病的生物學(xué)性能；利用計(jì)算模型詳細(xì)研究水凝膠的抗菌機(jī)理。綜上，證明了Lip/Cur+Toc@LCH/HCH組成的綠色、經(jīng)濟(jì)水凝膠制劑在牙髓病和牙周病的再生、抗氧化和抗菌特性方面具有顯著的應(yīng)用前景。為未來(lái)脂質(zhì)體水凝膠抗菌材料的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。