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原位凝胶在牙周炎治疗中的应用及其研究进展

  • 沙康
  • 李佳宸
  • 祁小乐
中国药科大学药学院药剂系,南京 211198

中图分类号: R781.4R944

最近更新:2022-06-28

DOI:10.11665/j.issn.1000-5048.20220315

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摘要

近年来,原位凝胶作为一种局部药物递送系统,因其良好的病灶可注入性、局部药物储库功能、药物缓释作用等特点,在牙周炎治疗中受到广泛关注,将不同类型的药物(如抗菌药物、生物活性因子等)载入原位凝胶可实现不同的治疗目的。本文总结了温度敏感型、离子敏感型、pH敏感型、溶剂交换型等各类型原位凝胶在牙周给药中的应用及局限,并对原位凝胶在消除牙周炎症、修复牙周组织以及装载微球后的长效治疗作用进行了综述。

牙周炎是一种慢性牙周炎症,其主要症状为牙龈炎症、牙周袋形成、牙槽骨吸收及牙齿松动移

1。目前,牙周炎的治疗多停留在控制菌斑,消除牙周组织炎症,修复被破坏的牙周组2。同时,需维持长期疗效,防止复发。普通剂型存在给药频繁,患者顺应性差等缺点,并且可能产生全身性不良反应,增加了细菌耐药性的风3

原位凝胶室温下通常以液态形式存在,在用药部位下受机体生理环境或其他刺激响应,发生相转变,由液态转变为半固体凝胶

4。根据凝胶机制的不同,大致分为3类,即温度敏感5、离子敏感6和pH敏感7。在某些特殊条件下,原位凝胶也可对其响应发生相转变,如89等。原位凝胶在牙周炎治疗中具有明显优势,注射入牙周袋后,原位凝胶良好的生物黏附性延长了其在病灶部位的滞留时间,使局部药物浓度长期稳定在有效范围10,提高了生物利用11,减少了患者给药次12。此外,原位凝胶对于形状复杂或难以到达的牙槽缺陷部位具有更好的形状适应性,可与伤口紧密接13,注射入牙周袋后,还可将其适当固定,填充松动的牙14。本文以近年来国内外原位凝胶用于牙周炎治疗相关文献为基础,对原位凝胶的类型和材料,其在牙周炎治疗中的不同应用以及装载微球后的复合长效系统进行了综述。

1 牙周用原位凝胶的类型及研究现状

1.1 温度敏感型原位凝胶

当温度低于临界溶液温度时,温敏聚合物和水之间的氢键作用,阻止了聚合物链间的聚集,凝胶体系保持溶液状态。当温度高于临界溶液温度时,聚合物链之间的疏水作用增强,聚集发生胶凝化。

壳聚糖(chitosan,CS)是壳多糖(chitin)的去乙酰化衍生物,具有良好的生物相容性、生物降解性与抗菌功效,是常见的温敏凝胶材料。壳聚糖良好的黏附性可支持成骨细胞附着、增殖与分化,促进牙周组织再

15β-甘油磷酸钠(sodium beta-glycerophosphate,β-GP)是CS常用的凝胶交联剂,同时也是成骨分化培养基成分之一,可促进骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)向成骨细胞分3。Guo16利用CS/β-GP作为载体,构建了一种盐酸多西环素(doxycycline hydrochloride,DXY)微球温敏凝胶剂的牙周给药系统,该体系在37 ℃胶凝,平均凝胶时间为(1.1 ± 0.3)min,可持续释药24 h。

泊洛沙姆(poloxamer)是由聚(环氧乙烷)[poly(ethylene oxide),PEO]结构单元A和聚(环氧丙烷)[poly(propylene oxide),PPO]结构单元B两个亲水端组成的ABA型三嵌段共聚

17。泊洛沙姆是典型的温敏凝胶材料,具有原位热致凝胶化作18。泊洛沙姆在低浓度下使用时形成胶束,当浓度超过15%19时,共聚物溶液会随着温度的升高而胶20。单独使用泊洛沙姆407不适合作为温敏凝胶载体,其在生理温度下胶凝效果较21。此外,牙科手术中使用泊洛沙姆凝胶会存在过敏反应的风险,Vanderstraeten22报道了一名患者在清理牙周袋时使用麻醉型牙周凝胶(Oraqix)发生Ⅰ型过敏反应的案例。

聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)是一种具有良好的生物相容性的高分子材料,是常用的温敏凝胶材料。Liu

23利用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)支架和新型设计的功能肽区段(functional peptide module,FPM)交联,装载了基质细胞衍生因子1(SDF-1)制备出感应牙龈疼痛的智能温敏水凝胶PEGPD@SDF-1。当水凝胶与牙周缺损中牙龈卟啉单胞菌(Porphyrommonas gingivalisP. gingivalis)释放的精氨酸蛋白酶(arginine protease,RgpA)接触时,FPM的特定位点被剪接,释放短抗菌肽以抑制病原体的生长。同时,负载的SDF-1招募牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs),促进成骨,实现了治疗牙周炎中抑菌与成骨双功能的兼顾(图1)。PEGPD@SDF-1水凝胶温敏性良好,可智能释放抗菌药物,招募基质细胞,实现了理想的牙周组织原位再生。

图1  牙周用多功能水凝胶的制备及其应用示意[

23]

1.2 离子敏感型原位凝胶

由于牙龈沟液(gingival crevicular fluid,GCF)存在二价钙离子,离子敏感的高分子材料可与钙离子络合,发生溶胶-凝胶相转变,形成凝

6,如海藻酸钠、结冷胶等。

海藻酸钠(sodium alginate,SA)是一种天然多糖,属于阴离子型聚合物,生物相容性良好。SA以溶液形式注射入牙周袋内,与GCF中的钙离子交联形成凝胶网络,可实现缓释作

24。Obaidat25以SA作为凝胶剂,羟丙基甲基纤维素(hydroxy propyl metyl cellulose,HPMC)作为增稠剂,构建SA/HPMC体系可维持盐酸强力霉素的释放超过12 d,该系统可作为治疗牙周病的原位凝胶局部输送系统。

结冷胶(gellan gum,GG)由双螺旋段组成的微生物多糖。在一价或二价金属阳离子存在下可形成原位凝胶。Swain

26以GG/poloxamer 407体系建立离子响应型温敏凝胶系统。通过调节poloxamer 407与GG的浓度得到胶凝温度为36 ℃,胶凝时间为102 s,9 h的药物累积释放量达98%的凝胶系统。抑菌圈实验表明,盐酸莫弗沙星载入GG/poloxamer 407凝胶保留了对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureusS.aureus)和大肠埃希菌(Escherichia coliE.coli)的抗菌活性。

1.3 pH敏感型原位凝胶

含有酸性(羧基或磺酸基)或碱性基团(铵基)的聚电解质响应于周围环境中pH的改变,接受或释放质子发生胶

27

卡波普(Carbopol)属于一种高相对分子质量的聚丙烯酸聚合物,具有良好的生物黏附性,可作为凝胶增稠剂。常用型号Carbopol 934P,是一种pH敏感型阴离子型聚合物,在酸性条件下以溶液形式存在,在碱性条件下形成低黏度凝

21。卡波普凝胶呈酸性,对牙龈及其他牙周组织具有刺激性,常加入CS、HPMC调节黏度,减少局部刺激7。Nasra11制备了胶凝温度在28 ~ 34 ℃之间的载姜黄素卡波普凝胶,pH保持在4,可使牙周炎诊治指数如探查深度、出血指数和斑块程度等显著下降。

1.4 点击交联型原位凝胶

二烯类化合物和亲二烯试剂,即使在没有外部偶合剂、催化剂或光引发剂的情况下,也能在水系环境下快速进行Dies-Alder点击反应。透明质酸(hyaluronic acid,HA),一种天然高分子材料,经点击化学分子修饰后,可在原位点击交联形成凝胶。HA形成凝胶后可作为牙周组织支架使各类营养物质更好地扩散,为促进人牙周膜干细胞(human periodontal ligament stem cells,hPDLSCs)的快速生长提供一个合适的三维多孔网状环

28

Park

29设计了Tet修饰的HA(HA-Tet)和TCO修饰的HA(HA-TCO),利用四嗪(tetrazine,Tet)与反式环辛烯(transcyclooctene,TCO)之间的Dies-Alder点击反应,修饰后的HA-Tet与HA-TCO分别由双筒注射器原位注射交联形成HA(Cx-HA)水凝胶。细胞调节素2(cytomodulin-2,CM)经化学修饰载入Cx-HA中形成一种可注射的点击交联透明质酸(Cx-HA)原位水凝胶(Cx-HA-CM)(图2)。CM作为一种成软骨细胞分化因子,可诱导hPDLSCs软骨形成分化。与物理装载到Cx-HA上的CM相比,与Cx-HA共价连接的CM获得了更长的体内保留时间。

图2  双管注射HA-Tet-CM和HA-TCO-CM在体内形成的Cx-HA-CM水凝胶用于人牙周膜干细胞软骨分化示意[

29]

1.5 溶剂交换型原位凝胶

溶剂交换型原位凝胶(solvent exchange-induced in situ forming gel,ISG)注入体液环境时,凝胶内的有机溶剂向外扩散至体液环境中,而体液中水分向内扩散到凝胶系统中,导致水不溶性聚合物基质相分离,形成固体凝胶植入

30。ISG以液体形式直接注入牙周袋,药物通过充满水的孔隙扩散、凝胶的溶蚀或渗透实现可控释31,凝胶植入物会降解并修复受感染的牙龈组14。相分离的关键是基质材料需疏水32,常用的疏水材料有聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA33、聚乳酸(polylactic acid,PLA34、聚丙烯酸树脂聚合物(Eudragit®35、胆固醇(cholesterol36等。

月桂酸具有良好的疏水性、生物安全性,且能抑制口腔微生物,如聚核梭杆菌(Fusobacterium nucleatumF.nucleatum)和P.gingivalis。Chantadee

32N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)、二甲基亚砜(dimethyl sulphoxide,DMSO)和2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone,PYR)作为溶剂溶解ISG基质月桂酸,盐酸万古霉素作为治疗牙周炎的抗菌剂负载在ISG中。

β-环糊精(beta-cyclodextrin,β-CD)具有疏水性,适宜作为ISG的基质。Rein

37以DMSO为有机溶剂,40% β-CD为基质制备出负载美洛昔康的ISG。同时,又以ISG作为内相,含5%甘油单硬脂酸酯(glycerol monooleate,GMO)的山茶油为外相制备溶剂交换诱导的原位微粒(solvent exchange-induced in situ forming microparticle,ISM)。当乳液注射入牙周袋时,ISM体系溶剂与GCF的水分交换,引起ISM体系乳液向微粒的转变,微粒体系也在牙周袋内形成了局部类基质储库(图3)。实验显示,较高的β-CD浓度明显促进了β-CD的相分离以及基质的快速形成,且基质更加紧密。由于外相山茶油黏度高,ISM的黏度高于单一的ISG,且药物释放较ISG缓慢,成功建立了抗炎药物局部治疗牙周炎的缓控释微粒系统。

图3  空白和负载美洛昔康的ISG(A)以及空白和负载美洛昔康的ISM(B)暴露于PBS(pH 6.8)后转化示意[

37]

1.6 溶致液晶型原位凝胶

溶致液晶(lyotropic liquid crystals,LLC)即在水或其他极性溶剂中两亲性分子浓度处于一定范围内时出现的液晶相。当两亲性分子暴露于GCF中的水相时,分子的极性"头"与疏水"尾"会与水分子相互作用,自动组装形成层状相、立方相与六方相液晶。当体系中两亲性分子含量很高时,呈现反立方相、反六方相液晶,这种相态是由疏水基在外,而亲水基在内的胶团构成。液晶的形成大大增加了体系的黏度,相当于触发了溶胶-凝胶相转变。

Mei

38制备了GMO-NMP-中链甘油酸酯(medium chain triglyceride, MCT)三元前体LLC,注射入牙周袋后,随着GCF中的水渗入,负载甲硝唑的前体LLC自发转变为液晶型凝胶,前体系统的低黏度性使其可渗透到难以到达的感染部位,遇水形成的LLC凝胶的高黏附性和液晶纳米结构(反双连续立方相Pn3m和反六方相)使其牢可固地黏附在牙周袋内。Fonseca-Santos39把LLC体系应用到口腔黏膜给药中,随着唾液的渗入,聚氧丙烯(5)聚氧乙烯(20)醚十六烷醇(PPG-5-CETETH-20)表面活性剂自组装成高黏性液晶体系,发生原位增厚行为,此系统在牙周炎局部治疗亦有应用价值。

1.7 光交联型原位凝胶

光交联过程实质上是一种自由基反应。具有光敏基团的单体或聚合物溶液,在光引发剂存在下被紫外或可见光照射产生自由基,聚合形成水凝

40

Liu

40研发出一种新型的光交联壳聚糖水凝胶。该凝胶体系具有葡萄糖敏感性,可响应GCF不同的葡萄糖浓度的波动,自身的三维结构相应地膨胀或收缩,以相应的速率和剂量控制药物的释放。甲基丙烯酸酐(methacrylamide,MA)被接枝到CS分子链上得到的CS-甲基丙烯酰胺(CS-methacrylamide,CM),以Irgacure 2959作为引发剂紫外线辐射下可实现交联成胶。葡萄糖氧化酶固定在CS膜表面,从而实现对葡萄糖浓度的响应控释功能。这种葡萄糖敏感水凝胶在高血糖条件下具有局部自我调节给药的潜力,有效地解决了糖尿病患者罹患牙周炎的治疗缺陷。Chichiricco41将HPMC硅烷化(Si-HPMC)实现了牙龈伤口的屏障效果,将羧甲基壳聚糖甲基丙烯酸化(methacrylated carboxymethyl chitosan,MA-CMCS)实现光交联作用。之后将Si-HPMC与MA-CMCS混合后,以核黄素为光引发剂,可见光照射下,原位交联形成具有生物相容性、可吸收性水凝胶膜。这种水凝胶膜,可用于牙周引导性组织再生术(guided tissue regeneration,GTR)。与固体膜相比,该系统对于形状复杂的牙齿或难以到达的缺陷部位具有更好的形状适应性,可与伤口紧密接触。

1.8 各类原位凝胶的总结与探讨

pH敏感型、温度敏感型原位凝胶在牙周袋内响应较差,难以实现大面积的黏附和滞

39。尤其是温度敏感型原位凝胶,其胶凝时间较长,胶凝温度范围窄且难以控制,药物易流失。LLC凝胶中表面活性剂与油相可能因熔点不同,制备中出现加热混合时相分离;而且表面活性剂分子遇水后易形成立方相,造成初始黏度过高。ISG凝胶在众多类型原位凝胶中强度较大,在牙周袋内形成的药物贮库降解慢、驻留时间长,可实现更好的治疗效14,应用前景更好。

2 原位凝胶在牙周炎治疗中的应用

2.1 载有抗菌药物的原位凝胶消除牙周组织炎症

龈下刮治与根面平整术(subgingival curettage and root planing,SRP)是牙周炎手术治疗的首选方案,可去除龈下牙结石上附着的直肠弯曲杆菌(Campylobacter rectumC.rectum)等病原体,却难以去除牙周袋底部和牙根分叉处的P.gingivalis、中间普雷沃菌(Prevotella intermediaP.intermedia)、S.aureusE.coli

42。术后常联用其他药物辅助治疗,包括局部用药物和全身用药物。全身用药主要包括青霉素类、硝基咪唑类等口服抗生28。然而口服抗生素可能产生过敏反应、胃肠道不耐受、耐药性等不良反43,且在牙齿难以达到最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)发挥药44。局部用药可克服这一缺陷,减少牙周袋内的感45。局部用药包括含漱类药物,如氯己定类、双氧水等,消炎防腐类药物,如碘甘油、米诺环素等。但是由于牙周袋内GCF持续流动,药物短时间内易从靶部位移除,需频繁给药,降低了治疗效果和用药依从11。普通凝胶剂可实现缓控释效果,但渗透性差,无法与伤口组织较好接4,且牙周炎会导致微环境变化,普通凝胶作为局部给药系统可能无法达到牙周炎治疗的预期目12。原位凝胶渗透性好,注入病灶后与伤口接触良好,可形成药物储库,使药物局部浓度达到有效治疗水平,避免全身毒性。其良好的缓释功能可使药物持续发挥效果,可提高用药依从性。

Xu

46β-GP、明胶和CS制备了建立了CS/β-GP/明胶温敏凝胶体系,并将促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)与阿司匹林共载入凝胶中治疗牙周炎。结果发现在阿司匹林控制炎症的同时,具有血管再生与骨再生作用的EPO也促进了牙周骨组织的再生。Guo16以局部注射内毒素法建立的Wistar大鼠牙周炎动物模型中,实验组DXY微球温敏凝胶剂与阳性对照组盐酸米诺环素(派丽奥)软膏在牙龈出血指数、牙周指数、牙周探诊深度、菌斑指数、牙槽骨丧失量等观测指标差异具有统计学意义,DXY微球温敏凝胶剂对牙周炎的局部治疗效果显著。Bansal47制备了左氧氟沙星与甲硝唑联合给药的Poloxamer 407/CS温敏凝胶。体外实验表明,该体系对S.aureus、E.coli等5种菌株有抗菌性,空白凝胶也存在一定的抑菌能力。Raval44以羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)包络阿奇霉素(azithromycin,AZM)制备Poloxamer 407/Carbopol 934P温敏凝胶,HP-β-CD增加AZM溶解性的同时,也促进AZM向凝胶的渗透。药物释放时长达54 h,释放的药物浓度明显高于AZM的MIC,该体系具备牙周递送的潜力。

2.2 原位凝胶作为支架修复牙周组织

牙周炎是在牙龈炎症进一步向深层牙周组织扩展而形成的,其病理变化仍以炎症为

48。炎症若继续扩展加重,会导致牙龈上皮从牙冠表面脱离,牙周膜纤维(periodontal ligament,PDL)从根牙骨质表面脱离和牙槽骨流失,最终牙齿自发脱49

引导组织再生术(guided tissue regeneration,GTR)通过在牙周病变周围植入具有生物相容性的物理屏障膜来选择性地分隔不同的牙周组

41,阻止牙龈上皮组织和牙龈结缔组织迁移到伤口,诱导具有牙周组织再生潜力的PDL细胞冠向移动并生长分48,重新填充附着在根牙骨质表面,形成牙周新附着(图450。早期使用的GTR膜大多不被吸收,如聚四氟乙烯-基41,须二次手术摘除。生物可降解材料制成的GTR膜具有可吸收特性,可避免二次手术摘除,从而减少手术带来的并发症,常用材料包括:Ⅰ型胶原蛋白、聚乳酸、聚氨酯和聚乙醇29。用于骨再生的生物支架材料需具有骨传导性与骨诱导性,更重要的是,需能模拟骨的细胞外基质(extra cellular matrix,ECM),允许干细胞浸润和增殖形成新51。GTR膜不论是否可吸收,都必须具有生物相容性,防止炎症产生;同时GTR膜必须具有选择渗透性,允许营养物质扩散;并且具有流变性,对缺陷移植部位的形状适52。然而,胶原膜等生物可吸收膜迄今为止只能恢复原组织的一小部分,牙周组织的再生潜力在一定程度上受到限53

图4  正常牙周组织(A),患牙周炎(B)后的牙周组织,GTR手术后的牙周组织(C)示意[

49]

在图B中,可以观察到PDL纤维附着断开、牙槽骨流失和牙龈上皮组织脱落。在图C中,显示了GTR手术后的牙周再生过程。GTR膜阻止牙龈上皮组织和牙龈结缔组织在愈合过程中接触牙根表面,并允许PDL细胞重新填充牙周炎引起的牙根受损表面,促进牙槽骨的再生Ⅰ:牙龈上皮组织;Ⅱ:牙石和菌斑;Ⅲ:GTR膜;Ⅳ:牙槽骨;PDL:牙周膜

为解决上述缺陷,需要寻找其他生物可降解性材料促进PDL细胞的增殖。CS对人牙周膜细胞(human periodontal ligament cells,hPDLCs)具有良好的亲和力,有助于牙周组织的愈合和再

15。Liao54在体外实验结果中表明,CS能显著刺激hPDLCs的增殖,在增殖的hPDLCs中也发现碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达有所上调。与常见的GTR可吸收膜相似,水凝胶优异的生物学特性也可以模拟天然骨的ECM55,为hPDLCs提供增殖与分化空间。Chichiricco41利用Si-HPMC与MA-CMCS在可见光照射下,原位交联形成生物可降解水凝胶膜可诱导骨组织再生。

普通水凝胶的细胞取向和黏附性较差,并且缺乏成骨细胞发挥作用的蛋白质,不能直接与宿主骨结

56,这大大降低了水凝胶的支架能力。纳米级羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA),作为天然骨骼ECM的主要无机成分,不仅支持成骨细胞在宿主骨上的附着和迁移,而且具有骨传导和骨诱导57,但HA强度低、形变差,难以直接移植和固定在骨缺损区域的缺58。Pan59将水凝胶与nHA结合形成一种有机-无机新型复合支架(即水凝胶-羟基磷灰石,hydrogel-hydroxyapatite,GH),水凝胶部分由N-羧基壳聚糖(N-carboxyethyl chitosan,CEC)、透明质酸醛(hyaluronic acid-aldehyde,HA-ALD)及己二酸二肼(adipic acid dihydrazide,ADH)组成,具有良好的通针性和自愈性能,二者相互结合,可互相弥补缺陷。

为提高牙周再生潜力,还可以在凝胶骨架基础上添加生物活性因

60,活性因子以扩散方式从凝胶骨架释放并促进组织再61。骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)又称骨形成蛋白,是常见的一种生长因子,结构类似、高度保守,属于TGF-β家族。BMP能刺激DNA的合成和细胞的复62,促进间充质细胞定向分化为成骨细63。有研究将BMP载入壳聚糖温敏凝胶,有效促进了体内新生骨和软骨的形64。基质细胞衍生因子1(stromal cell derived factor-1,SDF-1)又称趋化因子CXCL12,它有两种形式, SDF-1α/CXCL12a和SDF-1β/CXCL12b。SDF-1可刺激内源性BMSCs和PDLSCs富集到牙周缺损区,并提高它们的增殖能65。He66提出在谷氨酰胺转胺酶交联明胶(transglutaminase cross-linked gelatins,TG-gels)的凝胶中,白细胞介素(IL)-4和SDF-1α的共表达会调节巨噬细胞(Mφs)极化为M2表型以及召集内源性干细胞,从而促进牙周组织原位再生。Shen67发现SDF-1和BMP-2联合使用相较SDF-1或BMP-2单独使用对骨再生具有协同增强作用。Tan68使用一种水凝胶剂NapFFY,与SDF-1和BMP-2共组装,制备了一种超分子水凝胶SDF-1/BMP-2/NapFFY,这种水凝胶可修复牙周骨缺损,有望替代骨移植。Liu23以PEG-DA为支架,装载SDF-1,得到了感应牙龈疼痛的智能原位凝胶(PEGPD@SDF-1),体内研究表明,PEGPD@SDF-1凝胶通过抑制P.gingivalis的繁殖创造了一个低炎症环境,同时促进CD90+/CD34-基质细胞的募集,诱导成骨分化,促进牙周组织原位再生。添加的生物活性因子如BMP,虽然具有显著的成骨潜力,但可能存在免疫原性、稳定性差以及产生其他并发症等问题。Jo69将具有成骨功能的钙积累肽(calcium accumulating peptide,CAP)替代生物活性因子,与明胶酶水凝胶化学偶联原位胶凝。这种肽免疫原性低、稳定性高,且可作为组织再生膜诱导PDLSCs周围骨的矿化。

3 原位凝胶装载微球在牙周炎中发挥长效作用

原位凝胶虽然具有一定的局部药物储留能力,但对于亲水凝胶骨架负载的游离药物,特别是小分子亲水性药物,难以实现局部持续递送的作

70。而治疗牙周炎的药物,不论是发挥抑菌或是促成骨分化作用,都需要在局部长时间维持有效治疗浓度,而微球具有良好的长效缓释功能。微球载入凝胶后,药物的释放需要突破微球和凝胶两层物理屏障,可防止药物过早地泄漏,可发挥长效作71-72

有研究将游离药物与载药微球共载入壳聚糖温敏自愈性水凝胶体系,该系统是一种具有速释相与缓释相的双相释药系统,速释相快速达到抑菌浓度,短时间内发挥作用;缓释相则维持在抑菌浓度,持续发挥药

3。Liu73将载有骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein-2,BMP-2)的光交联明胶微球负载到4SH-PEG和Ag+交联的PEG凝胶中,制备出 BMP/Gel/SH-Ag,将游离的BMP-2载入到PEG凝胶中,制备出BMP/SH-Ag。在载有相同量BMP-2的前提下,BMP/Gel/SH-Ag组的 ALP表达量和产生的钙结节数量均高于 BMP/SH-Ag 组,微球的缓释效果得以发挥。Li 74制备了装载辛伐他汀的微球凝胶剂,体外释放第3天,无微球负载的凝胶药物释放量与负载微球的凝胶相比减少了一半,凝胶负载微球体系的缓释效果强于单纯凝胶体系的缓释效果。Seo75将一种水溶性差的药物多奈哌齐封装在PLGA微球中,并进一步嵌入透明质酸-多巴原位水凝胶,通过凝胶交联网络与调节pH实现了药物的持续释放。Zhang72将载有布比卡因的微球装载入PLGA-PEG-PLGA凝胶,建立了可注射的原位凝胶微球(gel-microsphere,Gel-MS)系统,该Gel-MS系统的药物释放受内层MS和外层Gel基质的共同控制,药物避免了初始突释,实现了长效镇痛的作用。更重要的是,凝胶的原位交联阻碍了MS从注射部位的扩散,有助于提高药物局部浓度,防止全身不良反应的产生。本课题组Zeng3将包封黄连素的PLGA微球载入由两端修饰苯甲醛基的聚乙二醇、β-GP和壳聚糖构成温敏自愈原位凝胶中,构建了可实现前期快速释药与后期持续释药的双相释药系统,药物释放考察结果表明其2 h内可快速释药8%,后持续释药长达20 d,实现了良好的长效抑菌和促成骨细胞分化作用。

4 总结与展望

目前上市的原位凝胶产品集中于长效注射剂和局部给药制剂领域,以基于Atrigel®技术平台的Eligard®和Atridox®等为代表,其中Atridox®是以PLA为缓释基质负载盐酸多西环素用于治疗成人慢性牙周炎的原位凝胶产品,其在牙周炎病灶部位可持续释药1周,在牙周炎治疗中具有一定优势。然而,随着研究的不断深入,原位凝胶仍存在一些亟待解决的问题。一些环境响应型原位凝胶在牙周袋内响应较差,如温敏凝胶胶凝时间较长、骨架强度低、易降解;可能存在药物泄漏导致无法发挥缓释作用,如小分子亲水性药物载入原位水凝胶中存在的突释问题;凝胶材料的生物相容性与安全性问题,如LLC凝胶中的油性基质缺乏相关毒性数据等。因此,改善原位凝胶的胶凝性能,探究响应良好的胶凝机制,挖掘生物相容性良好的凝胶材料将是今后研究的方向。

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