针对上述问题，西南医科大学陶刚、黎春晖、蔡蕊团队开发了一种ROS响应的可注射水凝胶系统（HP-PVA@MH/Fe-Que），用于协同递载抗菌药物盐酸米诺环素（MH）与抗炎纳米颗粒铁-槲皮素（Fe-Que NPs），实现牙周微环境触发释药与多重治疗。该文章于2025年3月12日以《Injectable hydrogels with ROS-triggered drug release enable the co-delivery of antibacterial agent and anti-inflammatory nanoparticle for periodontitis treatment》为题发表于《Journal of Nanobiotechnology》（DOI: 10.1186/s12951-025-03275-4）。

研究示意图

（1）Fe-Que NPs 与 HP 的成功合成与表征

通过多种表征手段证实了关键组分的成功制备：图1A-H：Fe-Que NPs 呈均匀球形，粒径小于10 nm；UV-vis、FTIR 和 XPS 谱图均证实铁离子与槲皮素成功配位。图1I-K：HP 的 UV-vis、FTIR 和 ¹H NMR 谱图显示苯硼酸特征峰出现，证明 PBA 被成功接枝到透明质酸上，取代度约为15%。

图1 Fe-Que NPs 和 HP 的合成与表征。(A) Fe-Que NPs 合成示意图。(B) 合成材料照片，包括 Fe-PVP、Que 和 Fe-Que NPs。(C) Fe-Que NPs 的 TEM 图。(D) Fe-Que NPs 的粒径分布图。(E) FeCl₃·6H₂O、Que 和 Fe-Que NPs 的紫外-可见吸收光谱。(F) Que 和 Fe-Que NPs 的 FTIR 光谱。(G) Fe-Que NPs 的 XPS 全谱。(H) Fe-Que NPs 中铁离子的高分辨率 XPS 谱图。(I) HA、PBA 和 HP 的紫外-可见吸收光谱。(J) HA、PBA 和 HP 的 FTIR 光谱。(K) HA 和 HP 的 ¹H NMR 谱图

（2）HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的构建与功能化性能

成功构建了具有多种临床应用优势的ROS响应性水凝胶：图2A-D：水凝胶通过硼酸酯键交联，形成均匀多孔的三维结构；EDS图谱证实Fe元素均匀分布，说明Fe-Que NPs成功负载。图2E-H：水凝胶表现出优异的可注射性、形状适应性、组织粘附性和快速自愈合能力，能满足牙周袋内复杂环境的应用需求。

图2 HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的制备与表征。水凝胶合成示意图。(B) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶凝胶化前（左）后（右）的照片。(C) 不同水凝胶的 SEM 图像。(D) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的 EDS 元素分布图。(E) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的可注射性照片。(F) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的形状适应性照片。(G) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的粘附性照片。(H) HP-PVA 水凝胶自修复性能的照片

（3）水凝胶具备高效且广谱的抗菌能力

体外抗菌实验证明其能有效清除牙周致病菌：图3A-D：菌落形成实验显示，加载了MH的水凝胶组对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌均表现出极强的杀菌效果，菌落数量显著减少。图3E-H：细菌活/死染色图像中可见大量红色荧光（死菌），进一步直观证实了其高效的抗菌率。

图3 HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的体外抗菌活性。金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌菌落形成单位的代表性图像。 (B) 金黄色葡萄球菌、(C) 大肠杆菌和 (D) 牙龈卟啉单胞菌的菌落定量统计图。(E) 金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌的活/死染色图像。(F-H) (F) 金黄色葡萄球菌、(G) 大肠杆菌和 (H) 牙龈卟啉单胞菌的抗菌率统计

（4）水凝胶展现出优异的生物相容性与血液相容性

细胞与血液实验证明其作为生物材料的良好安全性：图4A-D：与hPDLSCs、RAW264.7等多种细胞共培养后，活/死染色与CCK-8结果均显示细胞活性高且增殖良好，无显著毒性。图4E：溶血实验表明水凝胶的溶血率低于3%，符合生物材料血液相容性标准。

图4 HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的生物相容性。(A) hPDLSCs 在第 1、3、5 天的活/死染色图像。(B) hPDLSCs 在第 1、3、5 天的 CCK-8 检测结果。(C) RAW264.7 细胞在第 1、3、5 天的活/死染色图像。(D) RAW264.7 细胞在第 1、3、5 天的 CCK-8 检测结果。(E) 与水凝胶孵育后红细胞的溶血率

（5）水凝胶具有强大的自由基清除与抗氧化能力

通过化学与细胞水平实验验证其抗氧化功效：图5A-F：DPPH与ABTS自由基清除实验表明，含Fe-Que NPs的水凝胶具有与维生素C相近的强自由基清除能力。图5G-J：在H₂O₂诱导的氧化应激模型中，该水凝胶能有效清除细胞内ROS，恢复细胞活力，显著减少细胞死亡。

图5 氧化应激环境下 HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的自由基清除能力和抗氧化能力。(A) DPPH 自由基清除实验示意图。(B) 不同水凝胶的吸光度及照片。(C) 不同水凝胶的 DPPH 清除率。(D) ABTS 自由基清除实验示意图。(E) 不同水凝胶的吸光度及照片。(F) 不同水凝胶的 ABTS 清除率。(G) DCFH-DA 染色。(H) 荧光定量结果。(I) 活/死染色。RAW264.7 细胞的 CCK-8 实验

（6）水凝胶可调控巨噬细胞极化以改善免疫微环境

证实其能将促炎的M1表型逆转为抗炎的M2表型：图6A-F：免疫荧光与流式细胞术分析显示，水凝胶处理能显著降低M1标志物（iNOS/CD86）表达，同时提升M2标志物（CD206）表达，有效调节免疫平衡。

图6. HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶抑制巨噬细胞向 M1 表型极化并促进其向 M2 表型极化。(A) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶对巨噬细胞极化影响的示意图。(B) 巨噬细胞的显微镜视图。(C) M1 (iNOS) 和 (E) M2 (CD206) 巨噬细胞标志物的免疫荧光图像。(D) M1 (CD86) 和 (F) M2 (CD206) 巨噬细胞标志物的流式细胞术分析

（7）激活保护通路，促进成骨恢复

激活抗氧化核心因子Nrf2，抑制促炎关键蛋白NF-κB表达（图7A、B、I）。ALP和ARS染色显示成骨活性显著恢复（图8C）。成骨标志蛋白Runx2和OCN表达明显增强（图8D），有效挽救氧化应激下的骨再生功能图。

图7. HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶在体外通过调节 Nrf2/NF-κB 通路发挥抗氧化和抗炎作用。(A) RAW264.7 细胞中 Nrf2 和 (B) NF-κB 的免疫荧光图像。(C, D) 促炎基因 IL-1β, TNF-α 和 (E, F) 抗炎基因 IL-10, Arg-1 以及 (G, H) 抗氧化酶基因 SOD-1, CAT 的相对 mRNA 水平的 qRT-PCR 分析。(I) Nrf2、P65 和 p-P65 的蛋白质印迹检测，β-肌动蛋白作为内参。(J) HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶的抗氧化和抗炎机制示意图

图8 . HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶在氧化微环境中保护 hPDLSCs 免受 ROS 攻击并促进其成骨分化。(A) HP-PVA@MH/Fe-Que 在氧化应激条件下对 hPDLSCs 成骨分化潜能影响的示意图。(B) 氧化应激条件下 hPDLSCs 的细胞形态。(C) hPDLSCs 在第 7 天的 ALP 染色和第 21 天的 ARS 染色。(D) hPDLSCs 中 Runx2 和 OCN 的免疫荧光染色图像

（8）动物实验证实，有效遏制骨流失

Micro-CT显示水凝胶治疗组牙槽骨吸收得到显著遏制（图9B、C）。骨丧失高度的定量统计证明其疗效显著优于各对照组（图9D-G）。在体实验最终验证其治疗牙周炎的实际效果。

图9. HP-PVA@MH/Fe-Que 水凝胶在大鼠牙周炎模型中减轻牙槽骨流失。(A) 体内研究的治疗流程示意图。(B) 第 2 周时牙槽骨的三维重建、矢状图像（上虚线：CEJ，下虚线：ABC，红线：骨丧失）。(C) 植入后第 4 周拍摄的三维重建图像和二维矢状视图。(D) 第 2 周颊侧骨丧失高度和 (E) 矢状面骨丧失的定量评估。(F) 第 4 周颊侧骨丧失高度和 (G) 矢状面骨丧失的定量评估