聚乙烯氧化物-泊洛沙姆407原位形成凝胶：一种用于牙周应用的双药递送系统

牙周炎是一种感染性与炎症性疾病，需要长期局部抗菌及抗炎治疗。原位形成凝胶（ISFG）药物递送系统为局部牙周给药提供了一种很有前景的策略。泊洛沙姆407（P407）是一种已有充分报道的原位形成凝胶系统热敏性聚合物；然而，其机械强度较低，限制了其承受体内应力的能力。本研究利用聚乙烯氧化物（PEO）提高基于泊洛沙姆407（P407）的原位凝胶机械强度，尤其用于牙周抗菌药物甲硝唑（MTD）以及抗氧化/抗炎药物姜黄素的递送。首先，构建了两类制剂：一类含有亲水性药物甲硝唑（MTD），另一类含有负载姜黄素的玉米醇溶蛋白（zein）纳米颗粒（CZ），以评估PEO的影响。对所制备系统的成胶时间、成胶温度、可注射性、凝胶硬度、黏附性、药物释放及降解行为进行了评价。PEO的加入显著提高了凝胶硬度、黏附性以及可注射力（但仍处于已报道的可接受限值40 N以内）；然而，PEO并未影响MTD的释放。制剂的细胞相容性（cytocompatibility）未因PEO的存在而受损。负载CZ的凝胶还分别通过DPPH自由基清除实验以及脂多糖（LPS）极化巨噬细胞模型表现出抗氧化与抗炎活性。含姜黄素纳米颗粒的P407系统在储存期间表现出可注射力显著增加，而PEO-P407系统在2个月内保持了稳定的可注射性。最后，两种药物被共同整合进含PEO的单一制剂中，其释放曲线与分别含单一药物的制剂中观察到的结果相当。这表明联合制剂并未对任一药物的释放造成不利影响，也未影响抗菌活性。总之，这些发现表明，PEO能够改善原位形成凝胶（ISFG）的机械性能以及负载纳米颗粒的P407基凝胶的稳定性，并具备递送亲水性药物和负载疏水性药物纳米颗粒的能力。

该论文发表于《Journal of Materials Chemistry B》，聚焦牙周炎局部治疗中药物递送系统的材料学优化问题。牙周炎是一种常见的慢性感染性炎症性疾病，主要累及牙龈、牙周膜和牙槽骨，其发生发展与厌氧菌感染以及宿主免疫炎症反应密切相关。临床上常用的机械刮治、根面平整、全身或局部抗生素及外科干预虽然能够控制感染，但仍存在给药部位滞留不足、需重复操作以及全身不良反应等局限。因此，能够在牙周袋内实现便捷给药、原位凝胶化并持续释放药物的局部递送平台具有重要价值。原位形成凝胶（ISFG）因含水量高、生物相容性较好且避免了某些有机溶剂型原位植入系统（ISFI）的潜在毒性而受到重视，但其固有短板在于机械强度不足。泊洛沙姆407（P407）作为典型热敏性三嵌段共聚物，虽可在生理温度下快速凝胶化，却常因凝胶较弱而限制应用。此外，牙周炎治疗不仅需要抗菌，还应兼顾炎症调控和氧化应激缓解；而亲水性甲硝唑（MTD）与疏水性姜黄素在同一体系中的协同递送，又面临溶解性差异明显的制剂学挑战。正是在这一背景下，研究人员引入非离子型聚乙烯氧化物（PEO），试图在不显著破坏可注射性和细胞相容性的前提下增强P407凝胶的力学性能，并提高负载纳米颗粒体系的储存稳定性，进而构建兼容亲水与疏水药物的双药牙周局部给药平台。

研究人员围绕两个核心目标开展研究：其一，系统评估PEO作为添加剂对P407原位凝胶力学性能、成胶行为、可注射性、降解与释药行为的影响；其二，建立同时装载甲硝唑和姜黄素-玉米醇溶蛋白纳米颗粒的P407-PEO双药原位凝胶，并验证其抗菌、抗氧化、抗炎及细胞相容性。研究结论表明，PEO可显著提升P407基原位凝胶的硬度和黏附性，并在可接受注射力范围内提高体系可注射力；对甲硝唑释放几乎无不良影响，但会改变姜黄素纳米颗粒体系的初期释放行为。更重要的是，PEO在储存过程中可维持负载纳米颗粒体系的均一流动性与可注射性，减少颗粒聚集带来的性能劣化。最终构建的双药制剂能够同时递送亲水性与疏水性药物，且不会削弱甲硝唑抗菌活性。这一研究的意义在于为复杂牙周病局部治疗提供了一种兼具材料增强与多功能给药潜力的热敏凝胶平台，也为P407体系在多药、尤其是不同理化性质药物协同递送中的应用提供了新的设计思路。

在技术方法方面，研究人员采用纳米沉淀法制备姜黄素负载玉米醇溶蛋白纳米颗粒，并通过动态光散射（DLS）表征粒径、多分散指数与ζ电位，结合紫外-可见分光法测定包封率与载药量。随后构建P407与PEO复合原位凝胶前体，系统评价成胶时间/温度、质构学参数、27G针可注射力、体外降解及释药动力学；并在4 ℃储存2个月条件下考察稳定性。生物学方面，采用人皮肤成纤维细胞（HDF）进行MTT、FDA/PI及细胞形态学评价，采用Porphyromonas gingivalis进行琼脂扩散与菌悬液抑菌试验，并在LPS诱导的RAW 264.7巨噬细胞模型中检测一氧化氮与IL-6以评估抗炎活性，同时以DPPH实验评估抗氧化能力。

以下结合论文结果部分各小标题对研究主体进行解读。

3.1. Poloxamer-PEO ISFG for water-soluble drug delivery
在亲水性药物递送部分，研究人员以甲硝唑为模型药物，直接将其加入P407或P407-PEO前体溶液中。结果显示，有无PEO的体系均能在37 ℃形成凝胶，说明其满足牙周局部原位给药的基本要求。进一步研究发现，加入PEO后，成胶时间与成胶温度均显著降低，而甲硝唑本身并未明显影响成胶行为。质构分析表明，PEO显著提高了凝胶硬度，并增强了黏附性，而内聚性在两组中均接近1，提示凝胶在受压后仍能保持结构恢复能力。这说明PEO能够有效强化P407凝胶网络，使其更适于在牙周袋这种受生理扰动的环境中保持局部滞留。

在可注射性方面，PEO的加入使通过27G针头所需的最大推注力从10.12 ± 0.91 N上升至15.50 ± 0.66 N。虽然注射阻力增加，但仍远低于40 N的可接受上限，因此具备临床操作可行性。释药结果显示，PEO并未显著改变甲硝唑释放曲线，两组相似因子f₂ > 50，提示PEO增强机械性能的同时并未牺牲亲水药物释放特征。降解实验则表明，PEO可降低凝胶降解速率，但由于甲硝唑释放行为未受显著影响，说明该体系中药物释放并不主要由凝胶降解决定。

3.2. Poloxamer-PEO ISFG for water-insoluble drug delivery
针对疏水性药物递送，研究人员选择具有抗氧化和抗炎作用的姜黄素。但由于姜黄素无法稳定直接掺入P407体系，因此先制备姜黄素-玉米醇溶蛋白纳米颗粒。采用不同玉米醇溶蛋白用量制备的CZ50、CZ75和CZ100在粒径、ζ电位、包封率方面差异均不显著，说明在所考察范围内，蛋白用量并非决定性影响因素；但载药量随玉米醇溶蛋白增加而下降。基于综合考虑，后续重点采用CZ50。

将纳米颗粒引入原位凝胶后，PEO的影响趋势与甲硝唑体系一致，即提高凝胶强度和黏附性，降低成胶时间与成胶温度，并减缓降解。不同纳米颗粒组之间在强度和黏附性方面差异不大，但纳米颗粒的存在整体提高了可注射力，反映出颗粒通过针头时会增加流动阻力。P + PEO-CZ50的注射力虽显著高于P-CZ50，但仍在40 N以内，说明该体系在负载纳米颗粒后仍可接受。

姜黄素释放结果揭示了PEO对纳米颗粒体系的特异影响。仅含P407的不同CZ制剂释放行为相近，均表现为前期较快、6 h后减慢；但加入PEO后，初期释放减慢而后期释放相对提高。由于PEO并未改变甲硝唑释放，研究人员据此推断PEO可能与纳米颗粒发生物理作用。补充实验显示，PEO加入纳米颗粒分散液后粒径显著增大，而等浓度P407无此现象，支持PEO可能在颗粒表面形成包覆或引发缠结，从而限制初始姜黄素扩散。动力学拟合进一步表明，P + PEO-CZ50更符合Higuchi模型，提示扩散机制更为主导；而Korsmeyer–Peppas模型中两组n值均大于0.45，说明初期释放属于扩散与溶胀/聚合物松弛共同控制的异常转运。

3.3. Stability study
鉴于P407为热敏体系，低温储存稳定性直接关系到制剂转化前景。研究人员在4 ℃下储存2个月后重新评估关键性能。结果显示，各体系凝胶强度整体保持稳定，说明PEO不会破坏基础凝胶网络。与之相比，可注射性对储存更为敏感：P-MTD储存后推注力显著下降，而P + PEO-MTD则无显著变化。更关键的是，负载纳米颗粒的P-Z50储存后注射力升至40 N以上，超出可接受范围；而P + PEO-CZ50在储存后仍维持稳定且处于可接受区间。力-位移曲线显示，P-CZ50出现明显不规则波动，提示注射过程中存在非均匀流动，研究人员将其归因于纳米颗粒聚集阻塞针头。相比之下，PEO可能通过抑制强聚集而维持颗粒在凝胶中的稳定分散状态。

储存对释药行为的影响也支持上述判断。P-MTD储存后甲硝唑释放加快，且与新鲜样品相似性不足；而P + PEO-MTD储存前后释放保持一致。姜黄素制剂方面，无论是否加入PEO，储存前后释放曲线总体稳定。综合来看，PEO对体系稳定性的积极作用不仅体现在凝胶力学层面，更体现在纳米颗粒负载体系长期保持可注射性与物理均一性。

3.4. Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs
在完成单药体系评价后，研究人员进一步构建同时含甲硝唑与姜黄素纳米颗粒的双药原位凝胶。结果显示，该共递送体系中两种药物的释放曲线与各自单药体系相当，说明双药共存并未显著干扰彼此释放。甲硝唑释放快于姜黄素，主要因为前者以游离亲水形式存在，而后者包封于纳米颗粒之中。该结果证明，P407-PEO平台可以在一个热敏原位凝胶中兼容不同溶解性药物并实现差异化释放。

3.5. In vitro cytocompatibility
细胞相容性评价采用不含药物的凝胶浸提液，以排除药物因素干扰。HDF实验结果显示，在25 mg mL⁻¹条件下，各体系相对细胞活力均高于80%，FDA/PI染色所得绝对存活率高于90%，且加入PEO或纳米颗粒后均未导致显著细胞毒性差异。细胞骨架与细胞核染色显示，各处理组细胞形态保持良好，未出现明显结构异常。上述结果表明，以P407、PEO和玉米醇溶蛋白构成的载体体系在研究条件下具有良好细胞相容性，支持其作为牙周局部给药材料进一步开发。

3.6. In vitro antibacterial activity
考虑到牙周炎的关键病原之一为Porphyromonas gingivalis，研究人员重点检测了含甲硝唑体系的抑菌活性。琼脂扩散实验显示，P + PEO-MTD、P-MTD + CZ50和P + PEO-MTD + CZ50均形成清晰抑菌圈，证明其对P. gingivalis具有抗菌作用。P + PEO-MTD的抑菌圈显著大于含纳米颗粒的双药体系，而后两者之间无显著差异，说明PEO本身并未削弱甲硝唑活性。对“姜黄素是否可增强甲硝唑抗菌效果”的预期，实验并未支持；进一步通过菌悬液法发现，P + PEO-CZ50可降低菌液光密度，但抑菌效果弱于含甲硝唑体系，而P + PEO-MTD与P + PEO-MTD + CZ50之间无显著差异。研究人员据此指出，纳米颗粒在琼脂中的扩散受限可能掩盖了姜黄素作用，同时也可能影响甲硝唑在琼脂中的扩散距离。因此，从整体证据看，双药体系并未削弱甲硝唑的主要抗菌功能，但也未显示出明确的增效抗菌作用。

3.7. In vitro antioxidant and anti-inflammatory activity
牙周炎的组织破坏不仅与病原菌有关，也与活性氧积累和促炎因子上调相关，因此姜黄素的功能性验证是该双药策略的重要组成部分。DPPH自由基清除实验显示，P-CZ50和P + PEO-CZ50均具备明显抗氧化活性，在较高提取液剂量下清除率超过50%。在LPS诱导的RAW 264.7巨噬细胞炎症模型中，两种姜黄素负载凝胶提取液均可显著降低一氧化氮与白细胞介素-6（IL-6）水平，提示其具有明确的抗炎活性。该结果说明，虽然姜黄素在抗菌协同方面表现有限，但其在调控局部氧化应激与炎症微环境方面具有重要补充价值，这正是双药治疗牙周炎的核心优势之一。

讨论与总结部分表明，本研究建立了一种通过PEO增强的P407热敏原位形成凝胶平台，能够同时递送亲水性甲硝唑和疏水性姜黄素纳米颗粒。论文最重要的贡献有两点：第一，PEO显著改善了P407凝胶的机械强度与黏附性，同时保持了临床可接受的可注射性；第二，PEO对负载纳米颗粒体系具有稳定化作用，可在储存中抑制聚集并维持均匀推注行为。对于牙周局部治疗而言，这意味着制剂不仅能够在给药后快速成胶并保持一定机械韧性，还可兼具抗菌、抗氧化和抗炎多重治疗潜力。论文也明确指出，当前证据主要来自体外研究，尚缺乏动物模型体内验证与更长期稳定性数据；此外，PEO虽带来材料增强效应，但也提高了推注阻力，后续仍需在性能强化与操作便利性之间进一步优化平衡。

研究结论部分可译为：总体而言，本研究成功开发并表征了一种具有前景的PEO增强型泊洛沙姆407原位形成凝胶系统，用于牙周炎治疗中抗菌药与抗炎药的局部共递送。通过加入PEO，P407凝胶机械强度不足这一主要挑战得到有效克服，凝胶强度和黏附性显著提高，且未损害其可注射性。无论负载亲水性甲硝唑，还是经纳米颗粒递送的疏水性姜黄素，各制剂均表现出持续释放、抗菌活性、抗氧化活性、抗炎活性以及细胞相容性。一个关键发现是，PEO-P407基质对姜黄素负载玉米醇溶蛋白纳米颗粒表现出更优的稳定作用，可防止聚集并在储存期间保持可注射性，而这一问题在不含PEO的体系中可以观察到。这些结果共同强调了PEO的双重作用，即不仅增强热敏凝胶的机械性能，还可保证包载纳米颗粒系统的物理稳定性。因此，PEO-P407平台为复杂牙周疾病管理中的先进局部给药提供了一种有前景且具有通用性的策略。尽管本研究聚焦于牙周疾病，作者认为，将PEO加入基于P407的热敏制剂也可能有利于其他局部双药递送应用。研究已对所制备制剂进行了较全面的体外评价，但缺乏动物模型体内验证以及长期稳定性研究仍是局限，未来将对此加以解决。此外，纳入PEO后可注射力有所升高并接近可接受上限，这也是后续制剂优化中需要重点考虑的问题。