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针对上述问题，武汉大学口腔医学院黄翠团队与加拿大英属哥伦比亚大学牙学院沈雅团队构建了一种可注射的活生物治疗水凝胶（CP-LGG@Gel），顺利获得将益生菌鼠李糖乳杆菌GG（LGG）和磷酸钙纳米颗粒（CP NPs）整合到光聚合聚乙二醇（PEG）基质中，实现了原位注射和牙科蓝光激活后快速形成贴合牙槽窝解剖结构的保护性生物活性支架。该活生物治疗水凝胶顺利获得LGG的抗菌和免疫调节生物活性重塑伤口微环境以促进早期愈合，同时LGG可促进CP NPs释放钙磷离子，与微生物辅助生物矿化协同促进成骨分化和骨再生。该文章于2026年1月2日《Injectable living hydrogel as engineered biotherapeutic to promote tooth-extraction wound healing and alveolar bone regeneration》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI: 10.1016/j.bioactmat.2025.12.051）。

工程化活生物治疗水凝胶增强拔牙后伤口愈合和骨再生的示意图

（1）活生物治疗水凝胶的成功构建与理化表征

成功制备出含LGG和CP NPs的光交联PEG水凝胶。水凝胶可顺利获得双筒注射器注射，并在牙科蓝光照射下30秒内快速原位凝胶化。共聚焦显微图像显示LGG在水凝胶中分布均匀且保持活力；CFU计数证实其能在PBS、唾液和MRS培养基中持续存活。SEM显示水凝胶具有多孔结构（孔径10–20 μm），适合细胞浸润与物质交换。流变学测试表明水凝胶具有良好的可注射性和光响应凝胶化能力，机械性能稳定。该水凝胶系统具备良好的可注射性、快速原位固化、多孔结构、生物相容性，并能为益生菌给予生存微环境，满足临床椅旁操作与局部给药的需求。

图1. 活性生物治疗水凝胶的制备与表征。（A）活性生物治疗水凝胶合成示意图。该系统采用聚乙二醇二丙烯酸酯作为可光交联的聚合物基质，苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂作为光引发剂，用以封装鼠李糖乳杆菌GG和磷酸钙纳米颗粒。（B）展示该活性生物治疗水凝胶临床应用的实物图像。拔牙后，将含有LGG和CP NPs的前驱体溶液混合，注入牙槽窝，并使用牙科蓝光进行原位光聚合。（C）共聚焦显微镜图像，显示水凝胶在PBS、唾液或MRS培养基中孵育24小时后，内部LGG的分布和存活情况。比例尺：200微米。（D）荧光强度和（E）菌落形成单位计数的定量分析，反映了不同培养条件下被封装LGG的情况。（F）冻干水凝胶的扫描电子显微镜图像，其中LGG（伪彩为绿色）和CP NPs（蓝色）清晰可见。比例尺：2微米。（G）水凝胶的流变学分析。

（2）水凝胶具有强效抗菌能力并促进生物矿化

含LGG的水凝胶（LGG@Gel、CP-LGG@Gel）能完全抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和粪肠球菌的生长。抑菌圈实验显示LGG释放抗菌物质。TEM与SEM图像显示LGG表面随时间形成磷酸钙矿物沉积。在PBS中浸泡7天后，水凝胶中LGG表面出现显著矿化层。LGG顺利获得分泌抗菌物质发挥强效抗菌作用；同时其表面蛋白质可作为矿化模板，促进CP NPs释放的钙磷离子沉积，实现微生物辅助的生物矿化，为骨再生奠定基础。

图2. 活体生物治疗性水凝胶的抗菌能力及益生菌促进的生物矿化作用。（A）金黄色葡萄球菌、（D）大肠杆菌和（G）粪肠球菌悬浮液与水凝胶共培养48小时后的代表性照片及相应光密度（OD）值。菌落形成单位（CFU）定量结果展示了水凝胶对（B）金黄色葡萄球菌、（E）大肠杆菌和（H）粪肠球菌的抗菌效力。琼脂扩散实验显示水凝胶对（C）金黄色葡萄球菌、（F）大肠杆菌和（I）粪肠球菌形成的抑菌圈。（J）LGG促进生物矿化的作用机制示意图。（K）透射电子显微镜图像显示LGG表面矿物质的沉积（红色箭头指示）。比例尺：200 nm。（L）扫描电子显微镜图像显示LGG在PBS或CP NPs悬浮液中培养7天和14天后，其表面随时间形成的矿物质。比例尺：400 nm。（M）水凝胶在PBS中浸泡7天后的扫描电子显微镜图像。比例尺：2 μm。图中LGG细胞（绿色）、CP NPs（蓝色）及生物矿物沉积（紫色）经过伪彩色处理以便观察。数据以均值±标准差表示；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001。

（3）水凝胶调控巨噬细胞向修复型极化

与水凝胶共培养后，巨噬细胞早期（24小时）同时表达M1和M2标志物，后期（48小时）M2标志物（CD206、IL-10、Arg-1）显著上调。流式与免疫荧光证实LGG@Gel和CP-LGG@Gel组中M2型巨噬细胞比例显著增加。转录组分析显示水凝胶处理组巨噬细胞在免疫调节、细胞因子信号通路等方面发生显著变化。LGG能动态调节免疫微环境，早期适度激活炎症反应清除病原，后期促进巨噬细胞向抗炎、促修复的M2型转化，有利于组织愈合与再生。

图3. 活性生物治疗水凝胶的体外免疫调节作用。（A）用于评估RAW264.7细胞巨噬细胞极化的Transwell共培养系统示意图。共培养（B）24小时和（C）48小时后的巨噬细胞极化标志物定量RT-PCR分析，基因表达水平已归一化至对照组。（D）流式细胞术分析，以及共培养48小时后（E）CD80+（M1巨噬细胞标记）和（F）CD206+（M2巨噬细胞标记）细胞群体的定量结果。（G）共培养48小时后，巨噬细胞免疫荧光代表性图像：CD86（红色，M1标记）、CD206（绿色，M2标记）及细胞核（蓝色，DAPI）染色。比例尺：30 μm。（H）CD86与（I）CD206荧光强度的定量分析。（J）主成分分析（PCA）显示对照组与CP-LGG@Gel处理组之间存在明显的转录组谱差异。（K）RNA测序结果的火山图，突出显示显著上调（红色）和下调（绿色）的基因。（L）CP-LGG@Gel处理的巨噬细胞中差异表达基因的基因本体（GO）富集分析。（M）京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析，识别受处理显著影响的信号通路。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。

（4）水凝胶促进骨髓间充质干细胞成骨分化

MTT实验显示水凝胶提取物无细胞毒性。ALP染色与活性分析显示CP-LGG@Gel组在第7、14天表达最高。ARS染色显示CP-LGG@Gel组钙结节沉积最多。RT-PCR和Western blot证实CP-LGG@Gel组成骨相关基因（Bmp2、Runx2、Ocn等）和蛋白（BMP-2、Runx2、OPN等）表达显著上调。CP NPs给予钙磷源，LGG进一步促进离子释放与代谢，二者协同显著增强BMSCs的成骨分化与矿化能力。

图4. 由活生物治疗水凝胶诱导的骨髓间充质干细胞增殖与成骨分化。（A）水凝胶浸提液与骨髓间充质干细胞共培养体系的示意图。（B）MTT法显示，与水凝胶浸提液共培养24小时和48小时后，骨髓间充质细胞的活力与PBS对照组相比的变化。（C）显示骨髓间充质干细胞形态的代表性免疫荧光图像。比例尺：50 μm。（D）培养7天和14天后，骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶（ALP）染色及（E）ALP活性定量结果。（F）茜素红S染色及（G）培养14天和21天时钙结节沉积的定量分析。（H，I）培养7天和14天时成骨相关基因表达的RT-PCR分析。（J，K）培养7天和14天时关键成骨标志蛋白的Western印迹分析。（L，M）Western印迹蛋白质表达水平的密度定量分析。*P < 0.05， **P < 0.01， ***P < 0.001， ****P < 0.0001。

（5）水凝胶在体内促进早期伤口愈合与免疫调节

术后第3天，水凝胶组伤口闭合更快；第7天CP-LGG@Gel组实现完全上皮化。血清炎症因子水平无显著差异，说明系统免疫反应平稳。术后第1天，所有组均形成良好血凝块，水凝胶未干扰早期愈合。免疫荧光显示早期巨噬细胞浸润，但成骨活性尚未启动。水凝胶作为物理屏障与生物活性支架，加速口腔黏膜愈合，调控早期免疫细胞募集，为后续骨再生创造良好微环境。

图5. 活体生物治疗水凝胶在促进大鼠拔牙后牙槽窝愈合中的疗效。(A)实验性大鼠拔牙模型。在拔除双侧上颌第一磨牙后，于手术时将水凝胶注入牙槽窝。代表性图像显示，经原位注射并光聚合的水凝胶（箭头所示）精确贴合牙槽窝的解剖形态。(B)实验流程时间示意图。分别于术后第1、3、7和14天处死大鼠，以获取组织并进行分析。(C)指定时间点血清中系统性细胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-10）水平的定量分析。(D)代表性宏观图像，及(E)创口闭合率的定量分析，展示了拔牙创处的愈合进程。M2：第二磨牙。(F)顺利获得H&E染色和马松三色染色对拔牙窝进行组织学分析。黑色虚线标出缺损边界；黑色星号标示炎症层；黄色星号标示血凝块。(G)对愈合牙槽窝内组织成分进行定量分析的组织形态计量学结果。(H)iNOS（红色，M1巨噬细胞标记物）和CD206（绿色，M2巨噬细胞标记物）的免疫荧光染色，并用DAPI（蓝色）进行细胞核复染。(I)缺损区域内iNOS和CD206免疫荧光阳性面积的定量分析。(J)针对成骨标记物OCN（红色）、Runx2（绿色）的免疫荧光染色，以及DAPI（蓝色）核染色。(K)指示成骨细胞活性的OCN阳性和Runx2阳性区域的定量分析。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。

（6）水凝胶在中后期促进骨组织形成与免疫微环境重塑

术后第3天，水凝胶组出现新生结缔组织；第7天CP-LGG@Gel组出现编织骨向心性生长。免疫荧光显示CP-LGG@Gel组M2巨噬细胞比例随时间增加。Runx2与OCN表达在水凝胶组中显著增强，CP-LGG@Gel组成骨活性最高。水凝胶顺利获得持续免疫调节与成骨刺激，促进早期骨痂形成，并引导骨组织从牙槽壁向中心有序再生。

图6. 拔牙后第3天和第7天牙槽窝愈合的组织学评估。（A、C）术后第3天和第7天拔牙窝的H&E染色和Masson三色染色。黑色虚线标示拔牙缺损的边界；黑色星号表示炎症层；绿色星号标记肉芽组织；黄色箭头突出显示新形成的编织骨。（B、D）显示拔牙窝内不同组织比例的定量组织形态计量学分析。（E、G）术后第3天和第7天缺损区域M1型（iNOS，红色）和M2型（CD206，绿色）巨噬细胞标志物的代表性免疫荧光图像，DAPI（蓝色）为核染色。（F、H）术后第3天和第7天缺损区域iNOS⁺和CD206⁺面积的量化分析。（I、K）成骨标志物OCN（红色）和Runx2（绿色）的免疫荧光染色，DAPI（蓝色）复染。（J、L）反映成骨活性的OCN⁺和Runx2⁺面积的定量分析。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。

（7）水凝胶显著增强骨再生结构与力学性能

术后第14天，CP-LGG@Gel组骨小梁更密集、陆续在，成熟骨比例最高。微CT显示CP-LGG@Gel组在第7天已有中心性骨愈合，第14天骨体积（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）显著高于对照组。免疫荧光进一步证实M2巨噬细胞主导，Runx2与OCN表达持续增强。CP-LGG@Gel顺利获得抗菌、免疫调节、生物矿化与成骨协同作用，实现快速、高质量的牙槽骨再生，结构接近天然骨。

图7. 拔牙后第14天牙槽窝愈合与骨再生的组织学及影像学评估。（A）第14天牙槽窝的苏木精-伊红染色和马松三色染色。（B）牙槽窝内矿化骨比例的定量分析。（C）显示M1巨噬细胞标记物（iNOS，红色）和M2巨噬细胞标记物（CD206，绿色）的代表性免疫荧光图像，细胞核经DAPI复染（蓝色）。（D）缺损区域内iNOS阳性与CD206阳性区域的定量分析。（E）成骨标志物OCN（红色）和Runx2（绿色）的免疫荧光染色，DAPI（蓝色）用于细胞核复染。（F）再生组织内OCN阳性与Runx2阳性区域的定量分析。（G，H）第7天和第14天显示牙槽窝骨愈合进展的矢状面及三维重建微型计算机断层扫描图像。（I–L）骨再生的定量微型计算机断层扫描分析，包括总组织体积、骨体积、骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量及骨小梁分离度。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001。