牙周炎作为一种常见的口腔疾病，严重影响了人们的健康和生活质量。近年来，局部给药常被用于牙周炎治疗，但现行临床治疗方法大多难以同时实现快速止疼、持续抗菌和促进骨组织再生。同时，口腔内的动态环境很容易导致药物被唾液吞咽或冲洗掉，增加了牙周炎治愈的难度。因此，该研究尝试电纺并列多室结构的牙周治疗应用研究。

近期，上海理工大学余灯广研究员/复旦大学附属口腔医院谢玉峰主任医师/东华大学廖耀祖教授联合在《Advanced Fiber Materials》上发表了题为“Electrospun Trilayer Eccentric Janus Nanofibers for A Combined Treatment of Periodontitis”的研究成果。该成果并列第一作者为上海理工大学硕士生赵萍、上海交通大学医学院附属第九人民医院周可聪博士和夏一如博士。余灯广教授、谢玉峰主任医师和廖耀祖教授为共同通讯作者。该研究使用多流体并列电纺技术，单步直接制备具有三级偏心并列结构的纳米纤维植入膜。该膜片同时负载酮洛芬、甲硝唑、 纳米羟基磷灰石三种活性成分，并赋予它们各自独立的控释性能，促使它们在牙周炎的治疗过程中产生协同作用，获得“高效、安全、方便”的治愈效果。

本研究使用多流体静电纺丝技术制备的偏心并排纳米纤维由外至内共三层，其中最外层为聚己内酯(PCL)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-酮洛芬(KET)，中间层为PCL-甲硝唑(MET)，最内层为PCL-纳米羟基磷灰石(nHA)。通过扫描电子显微镜(SEM)可以观察到单流体电纺制备的共混纳米纤维（图1a-d）和多级偏心并列结构纳米纤维(图1e）同样具有较小的纤维孔径，保持了类似于天然细胞外基质的结构特点。通过透射电子显微镜(TEM)可以明显观察到多流体电纺制备的纳米纤维（图1f）具有三级偏心并列结构。

图1 （a-c）单轴电纺纤维的SEM和(e-f)三级偏心纳米纤维的SEM/TEM

在偏心并列纳米结构中，最外层含有亲水性聚合物PVP和药物KET，可在0.37小时达到50%的释放量，具有快速止痛和消炎作用。中间层负载的是MET，经处理后可进行持续释放。最内层负载的nHA能够直接与牙周组织接触、促进牙槽骨的生长。由于纤维的特殊结构特征，促使偏心结构纤维(F4)的药物KET释放速度比单轴PCL-PVP-KET共混纳米纤维(F1)更快，而药物MET相比于单纯的PCL-MET共混纳米纤维(F2)更慢。这种多药同时控释的改进模式有利于牙周术后，在较短时间内降低患者的疼痛感和减少炎症的发生及感染的风险。

图2 纳米纤维膜的体外溶出

纳米纤维膜对牙龈卟啉单胞菌（P.g）的抗菌性能如图3所示，结果表明单轴纤维F2和并列结构纳米纤维F4具有较大的抑菌圈（F2：7.47 ± 0.34 cm、F4：6.66 ± 0.83 cm）和较低的细菌活性（F2：21.01 ± 3.21%、F4：18.21 ± 2.44%）。证明了三级偏心并列纳米纤维膜具有优异的抗阴性厌氧菌能力。

图3 纳米纤维膜的抗菌性能

通过RT-qPCR在HGFs上评估了各纳米纤维的m-RNA表达。其中负载了活性物质KET的单轴纤维F1和三级偏心并列纤维F4可以通过下调IL-6和LPS诱导的IL-6 mRNA表达来降低炎症反应（图4a-b）。此外，与空白组相比，F4还可显著上调OPG的表达（图4c），进一步促进成骨细胞的形成。

图4 纤维与细胞共培养24小时基因表达

基于CCK-8测定评估细胞增殖的能力，通过将纤维支架与细胞共培养和细胞黏附在纤维支架上的两种方法来研究纳米纤维植入膜对HGFs细胞增殖的影响（图5）。无论是与材料共培养的细胞活死染色（图5a-f），还是黏附在材料上的细胞活死染色（图5 g-l），在纤维支架上培养的HGFs细胞均表现出良好的生物相容性。

图5 HGFs在纳米纤维上活/死染色的典型荧光图样

综上所述，本文所研究的三级偏心并列纳米纤维植入膜在牙周炎的综合治疗中展现了良好的临床应用潜力，为基于并列多室纳米结构的多功能纳米材料构建提供了方法和策略参考。材料世界是结构控的。从分子到纳米材料的可控、有序和限域聚集代表纳米科技最前沿研究方向之一。并列多室纳米结构由于各室都与环境接触，具有流行的芯鞘结构所没有的结构特点，能够为各种复杂环境或生物微环境下使用的功能材料开发提供强有力的支撑。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s42765-024-00397-6