牙周炎医工交叉 —— 多酚介导的氧化还原活性水凝胶与 H2S 气态生物电耦合用于糖尿病牙周骨愈合

糖尿病牙周炎中过度的氧化反应、不平衡的免疫调节和间充质干细胞功能受损，使得实现牙周组织综合再生成为一个巨大的挑战。在这里，开发了一种多酚介导的氧化还原活性海藻胶/明胶水凝胶，该水凝胶封装了导电的聚（3,4-乙烯二氧基硫氧）组装的聚多巴胺介导的丝微纤维网络和利用牛血清白蛋白纳米颗粒的硫化氢缓释系统。发现这种水凝胶可以逆转糖尿病牙周炎患者的高血糖炎症微环境并增强功能性组织再生。聚多巴胺赋予水凝胶抗氧化和抗炎活性。从牛血清白蛋白纳米颗粒中缓慢、持续地释放硫化氢，募集间充质干细胞并促进随后的血管生成和成骨。此外，聚（3,4-乙烯二氧基硫苯）组装的聚多巴胺介导的丝微纤维赋予水凝胶良好的导电性，使其能够传递内源性生物电，促进细胞排列，增加钙离子的流入。此外，硫化氢气生电偶联的协同作用通过放大牙周韧带干细胞中的自噬和通过脂质代谢调节调节巨噬细胞极化来促进骨形成。本研究为高血糖炎症微环境中电导率、活性氧清除和硫化氢对牙周组织的协同作用提供了创新见解，为气态生物电生物材料的设计提供了一种策略，以促进免疫相关疾病中的功能性组织再生。

创新点：1.开发了一种多功能水凝胶系统，集成了抗氧化、导电和生物活性释放功能2.首次实现了H2S气态分子与生物电信号的耦合协同作用；3.建立了一个能够同时调控氧化应激、免疫反应和干细胞功能的治疗策略；4.创新性地利用气体-电耦合效应调控细胞自噬和巨噬细胞极化。

科研启发：1.多重治疗机制的整合可以更有效地解决复杂疾病环境下的组织再生问题；2.气态信号分子与物理信号的协同作用为生物材料设计提供了新思路;3.微环境调控在组织工程中起着关键作用，应重视其系统性影响；4.纳米载体系统在气体递送中的应用价值。

思路延伸：1.可以探索温度敏感性或光响应等其他智能响应特性，实现更精准的治疗调控：通过添加温敏性聚合物实现温度控制释放；整合光敏材料实现光触发治疗；开发多重刺激响应系统。2.可以引入纳米技术来增强材料的功能：使用纳米颗粒提高药物递送效率；利用纳米结构增强导电性能；通过纳米表面改性优化细胞相互作用。3.可以结合新型检测技术实现实时监测和反馈调节：整合生物传感器监测微环境变化；开发可视化示踪系统追踪治疗过程；建立智能反馈调节机制。4.智能化角度：开发实时监测系统；构建智能反馈控制平台；设计远程治疗控制系统；研发生物传感集成系统；开发AI辅助优化算法；构建数字化治疗平台。5.材料设计角度：开发具有自修复功能的气态生物电水凝胶；研发梯度结构材料实现多层次气体释放；引入相变材料调控气体释放动力学；设计具有形状记忆功能的智能水凝胶；开发多重刺激响应性材料系统；研究新型导电聚合物的构建方法。

DOI : 10.1038/s41467-024-53290-6