李玉芬，代英辉，王东凯

（1. 沈阳药科大学 中药学院，辽宁 沈阳 110016；2. 沈阳药科大学 药学院，辽宁 沈阳 110016）

牙周炎是一种普遍存在的由牙菌斑和致病细菌所致的炎症性疾病，其发生在包含牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质的牙齿结构中，其特征是牙龈出血和牙周袋形成[1]。牙周袋是齿龈和牙齿之间的间隙，该间隙为微生物繁殖提供了理想条件。牙周间隙通常在 1～2 毫米之间，但是在牙周疾病中深度通常超过 5 毫米。由于牙周袋位于被感染牙齿周围深而小的空间内，理想的牙周袋内药物递送系统应该是低粘度的流体，以便良好地渗透到感染部位。该系统还应具有良好的黏附性，以保留在牙周袋中[2]。原位凝胶是满足低粘度和优异黏附性要求的良好选择。它在非生理条件下保持溶胶形式，并在生理条件下诸如牙周袋部位存在的温度、pH 和离子等刺激下形成凝胶，可通过直接进入靶位点以可控的速率释放药物，从而减少药物的副作用，提高药物的生物利用度和疗效[3]，被认为是对牙周炎治疗的最佳给药系统之一。

1 原位凝胶概述

原位凝胶是指高分子材料以溶液状态给药后，在机体生理状态下，迅速在用药部位发生相转变，由溶胶转化为半固体凝胶的一类制剂。与其他传统的给药系统相比，原位凝胶给药系统具有显著的优势：①将药物制备成原位凝胶，通过非口服给药，可以避开胃肠道的消化和肝脏的首过效应，提高生物利用度高和疗效；②良好的生物黏附性使之与黏膜组织的亲和力强，在用药部位滞留时间长，具有良好的缓释或控释作用，从而不需频繁用药，提高了患者的用药依从性；③可黏膜给药用于眼部、鼻黏膜、口腔黏膜和阴道黏膜等，还可口服给药及注射给药，给药途径多，适用范围广。④制备简单，便于工业化生产[4]。

2 原位凝胶在牙周炎治疗中的应用

原位凝胶系统将药物以注射的形式递送至牙周袋中治疗牙周炎，可以轻松快速地进行给药，不会感到疼痛。根据形成机制的不同，牙周炎治疗用原位凝胶主要分为两类，一类是温度敏感型原位凝胶，一类是溶剂交换诱导型原位凝胶。

2.1 温度敏感型原位凝胶

温度敏感型原位凝胶是目前研究得最广泛的一种局部给药原位凝胶系统。在该系统中，凝胶化是由于体温引起的，不需要外部热量。这些水凝胶在室温（20～25℃）下为液体，并在接触体液（35～37℃）时由于温度升高而发生胶凝。

2.1.1 泊洛沙姆原位凝胶

泊洛沙姆（Poloxamer）是一类由聚氧乙烯（PEO）和聚氧丙烯（PPO）组成的具有热吸收性的 PEO-PPO-PEO 型非离子三嵌段共聚物。该聚合物达到临界胶束温度时，其链上疏水性 PPO嵌段脱水，在水溶液中聚集成以脱水 PPO 链为内核、以水化膨胀的 PEG 链为外壳的球状胶束，随着温度升高，胶束间的缠结和堆砌作用加剧而发生胶凝。泊洛沙姆具有低温时为液体、温度升高时转变成凝胶的温度敏感型凝胶特性。其中泊洛沙姆 407 是研究得最深入的温度敏感型原位凝胶高分子聚合物[5]。

Ganesh P. Swain 等[3]制备了盐酸莫西沙星的泊洛沙姆 407 原位凝胶以延长在感染腔中的滞留时间、改善局部治疗牙周炎的作用。傅里叶变换光谱法（FTIR）表明，药物与赋形剂之间没有不相容的迹象。因此，所选择的聚合物很可能适合制备牙周智能凝胶。最佳拟合模型是零级动力学，这表明该制剂具有受控的递送。所有制剂均为非牛顿制剂，并显示假塑性行为。制剂在非生理条件下（10～25℃）保持液态，在生理条件下（37℃）形成凝胶。所开发的制剂对于胶凝温度、胶凝时间、可注射性和药物释放显示出可接受的结果。利用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行了体外抗菌研究，结果表明盐酸莫西沙星配制成用于牙周系统的原位凝胶制剂时，仍保留了其抗菌活性。

2.1.2 壳聚糖原位凝胶

壳聚糖是由甲壳素在高温（160℃）条件下以浓碱液处理脱乙酰基所得，是一种天然的碱性阳离子多糖聚合物，具有良好的生物相容性、生物可降解性、粘膜黏附性和温敏特性。

Monika Bansal 等[6]研究了含有左氧氟沙星和甲硝唑的壳聚糖原位凝胶，以受控方式释放药物治疗牙周炎。1.0% w / v 和 1.5% w / v 的壳聚糖制剂的胶凝温度为 37 ± 0.32 ℃ 和 34 ± 0.21 ℃，所制得的原位凝胶具有良好的黏膜黏附性。1.5%w / v 壳聚糖制剂的体外释放研究表明，最初的突释是在 6～7 小时内释放约 55～60% MZ 和 60～70% LVF，然后持续释放长达 48 小时。体外抗菌研究表明，该原位凝胶具有优良的抗菌作用。实验所得优化的 1.5% w / v 壳聚糖原位凝胶具有热响应性、粘膜粘附性和可注射性，并且能以缓慢且可控的方式释放药物，对多种微生物均有效。

2.1.3 罗望子种子多糖原位凝胶

罗望子种子多糖（TSP）是一种高分子量的分支多糖，由带有木糖和半乳糖的纤维素样骨架构成。它不溶于有机溶剂，可分散在温水中形成具有高 pH 耐受性和黏膜黏附性的高黏度凝胶。此外，它具有止血活性，无毒无刺激。它是一种半乳糖氧基葡聚糖，具有类似黏液性、黏膜黏着性和假塑性[7]。由于其生物黏附特性，TSP 已用于开发生物黏附药物输送系统[8]。

Ashlesha P. Pandit 等[9]通过使用基于木葡聚糖的黏膜黏着性罗望子种子多糖（TSP）制成牙周袋中的局部麻醉剂热可逆原位凝胶。通过冷法制备了温度敏感的盐酸利多卡因（LH）（2% w / v）原位凝胶。黏度研究表明，由于溶胶-凝胶转化，凝胶在 37°C 时的黏度显著增加。发现TSP 可以作为良好的黏膜黏附成分，将凝胶保留在牙槽中的病灶部位。制剂的胶凝在温度接近体温时发生。体外研究显示药物作用起效快，持续释放（90%）至 2 h。在牙科手术过程中，盐酸利多卡因热可逆原位凝胶提供了麻醉性疼痛注射疗法的替代方法，麻醉作用的快速起效持续于整个手术过程中。

2.1.4 甲基纤维素原位凝胶

甲基纤维素（MC）是通过天然纤维素中的羟基被甲基取代而产生的疏水改性纤维素。尽管纤维素不溶于水，但 MC 却可溶于水，因为它的甲基阻止了链间氢键的结合[9]。由于具有生物相容性且可生物降解成无毒终产物，MC 已被广泛研究用于生物医学领域[10-11]。MC 在低温下表现出溶液行为，但在高温下形成凝胶。热诱导的疏水相互作用是 MC 凝胶化的主要原因，并且该凝胶行为是热可逆的。在加热过程中，MC 的凝胶化分为两个步骤：取决于 MC 的摩尔质量和浓度，在 30～50°C 下为软凝胶，在 50°C 以上为硬凝胶或强浑浊的凝胶[12]。根据先前的报告，MC 的软黏弹性特性显示出一定的黏膜黏附行为，但不能在体温下提供适当的持续药物释放模式[13]。然而，可以通过与其他聚合物共混来改变 MC 的性能[14-17]。因此，可以通过与合适的聚合物共混来改善MC 的黏膜黏附和持续释放特性。

Namon Hirun[18]等开发了 5%、6% 和 7% w / v 甲基纤维素（5 MC、 6 MC 和 7 MC）与1.5% w / v 的罗望子种子木葡聚糖（TSX）的新型 MC / TSX 混合原位凝胶，用于原位递送治疗牙周炎。使用试管倾斜法（TTM）观察凝胶的形成。分别使用流变学和紫外（UV）分光光度法研究了粘弹性和浑浊的凝胶特性。MC、TSX 和 MC / TSX 共混物的粘膜粘附性和可注射性也使用流变测量进行了分析。使用衰减全反射傅里叶变换光谱法（ATRFTIR）确定 MC 和 TSX 之间的相互作用。选择已广泛用于治疗口腔感染性疾病或牙周炎的甲硝唑（MTZ）[19-20]作为模型药物MC和 MC / TSX 溶液在加热时分别形成两种凝胶类型：软凝胶和浑浊的硬凝胶。使用试管倾斜法（TTM），流变学和浊度测量对这些样品进行表征。使用衰减全反射傅里叶变换光谱法ATR-FTIR研究了相互作用和凝胶化机理。还研究了甲硝唑（MTZ）从凝胶中的释放。根据 TTM 结果，6MC/ TSX、7MC 和 7MC / TSX 在室温下为溶液，但在体温下可形成凝胶。ATR-FTIR 证明混浊凝胶中 MC 的疏水缔合性强于软凝胶，这对应于 MC 的 C-O 带强度更高。在 TSX 存在下，峰强度更大，反映了 TSX 在增加 MC 的疏水性和降低胶凝温度方面的作用。SEM 显示 6MC /TSX、7MC 和 7MC / TSX 的微孔形态，软凝胶的孔径大于混浊凝胶的孔径。在 37℃ 时具有较高的相对流变协同作用，表明 MC / TSX 水凝胶具有很高的黏膜黏附特性。MC 和 MC / TSX 具有合适的可注射性，易于在 25℃ 下给药。与市售产品相比，MTZ 在 7MC / TSX 中显示出更持久的释放。因此，7MC/TSX 水凝胶可用于 MTZ 的原位递送以治疗牙周炎。

2.2 溶剂交换诱导型原位凝胶

对于溶剂交换诱导的原位形成凝胶，首先将不溶于水的可生物降解聚合物溶解在水混溶的生物相容性的有机溶剂中, 形成流动性好的凝胶[21]，再将药物溶解或混悬于制备的凝胶中，然后用注射器将制备的凝胶制剂注射到用药部位，当含药凝胶遇到水时，凝胶中与水混溶的有机溶剂会散布到周围的环境中，而水会迁移到聚合物凝胶基质中，从而发生溶剂交换，在给药部位形成凝胶固化，之后药物随着聚合物的不断降解、溶蚀而缓慢释放，且遵循药物从聚合物凝胶骨架中扩散、溶解的一般规律[22]。

2.2.1 溶致液晶原位凝胶

溶致液晶（LLC）是有组织的中间相，在液体和固体之间具有中间性质，当与水接触后，可触发溶液-凝胶转变。通过注射进牙周袋内，吸收牙龈缝隙液中的水，从而转变成可附着在牙周组织上的原位凝胶。由于其具有溶液-凝胶相变、独特的纳米结构、良好的黏附性和凝胶强度，LLC可以作为治疗牙周炎的腔内药物递送系统的理想选择。

Mei 等[23]研究了一种基于原位凝胶的溶致液晶（lyotropic liquid crystalline, LLC）系统，以将甲硝唑递送到牙周袋中，用于牙周炎的局部治疗。发现在口腔中存在水的情况下，装载了甲硝唑的 LLC 前体自发地转变成凝胶。前体的低粘度将使其渗透到不易到达的感染部位，同时形成的凝胶的黏附性和结晶纳米结构将使其牢固黏附于牙周袋。LLC 系统可在一周内持续释放药物。使用兔牙周炎模型进行的体内研究结果表明，LLC 系统能够将牙周袋中的甲硝唑浓度维持在最低抑制浓度以上超过 10 天，而血液中未检测到药物浓度。甲硝唑悬浮液可在 24 h 内有效，与之相比，LLC 原位凝胶在牙周袋中自发发生溶液-凝胶转变并具有独特的液晶纳米结构，可长时间有效地治疗牙周炎，并减少系统性副作用。

2.2.2 β-环糊精原位凝胶

原位形成系统由于其在牙周袋中的可持续药物释放定位而引起了牙周炎治疗的关注。 鉴于其低的水溶性，带有疏水腔和亲水表面的 β-环糊精（β-CD）可以作为溶剂交换诱导的原位凝胶的基质形成剂。β-CD 可以增强药物溶解度，最大程度地降低药物刺激性，掩盖味道和气味[24]。

Sai Myo Thu Rein 等[25]研制了负载美洛昔康（Mex）的 β-CD 原位凝胶，使用在二甲基亚砜中的 β-CD 作为内相，包含 5% 硬脂酸甘油酯的山茶油作为外相制备。包含 40% β-CD 的含Mex 的原位凝胶很容易通过 24 号针头注射。在与磷酸盐缓冲盐水（pH 6.8）进行溶剂交换期间，高浓度 β-CD 的原位凝胶促进了 β-CD 聚集体相转化为基质状。暴露于水相后，包含 40% β-CD 的原位凝胶转化为微粒，并在 Fickian 扩散后将药物释放延长至 7 天，并使初始突释降至最低。此外，从高重量损失可以看出潜在的可降解性。具有高粘性的最大变形力引发了原位凝胶转化为微粒的缓慢扩散。因此，40% 的 β-CD 原位凝胶是用于牙周炎治疗的潜在的局部 Mex 控释抗炎药递送系统。

2.2.3 Eudragit RS 原位凝胶

Eudragit RS（ERS）是由聚（丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸三甲基铵乙基甲基氯化物）（1 : 2 : 0.1）组成的带正电荷的季铵盐聚合物，具有非常低的渗透性，并且可在水性介质中溶胀而不溶解。由于其在 N-甲基吡咯烷酮（NMP）中的高溶解度，因此有望作为聚合物基质用于溶剂交换的原位形成凝胶。

Thawatchai Phaechamud 等[26]制备了 ERS 原位凝胶，以递送用于牙周炎治疗的抗菌剂（盐酸多西环素，甲硝唑和过氧化苯甲酰）。对它们的粘度和流变性、凝胶形成、可注射性、药物释放和抗菌活性进行了评估。NMP 与外部水性模拟龈沟液之间的溶剂交换刺激了溶解的 ERS 转化为不透明的刚性凝胶。加载了抗菌剂的 ERS 系统显示出牛顿流动性和可接受的可注射性。由于水扩散到沉淀基质中的延迟，较高负载的 ERS 促进了更多的药物释放。对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、变形链球菌和牙龈卟啉单胞菌的抗菌活性取决于药物类型和测试微生物。盐酸多西环素负载的 ERS 系统显示出比其他系统更大的活性。但是，它们都可以抑制所有测试微生物。因此，包含 ERS 抗微生物药的溶剂交换诱导的原位凝胶作为牙周炎治疗用局部递送系统显示出良好的应用前景。

3 结语

原位凝胶递送系统具有良好的黏附性，并提供足够的机械强度以确保能延长药物在牙周袋中的停留时间，使牙周炎的局部药物控制释放治疗成为可能，在牙周炎的治疗上具有巨大的开发潜力。然而，原位凝胶给药系统还存在一些不足。例如突释效应限制了药物的选择，聚合物安全性和溶剂的刺激性还有待验证，质量评价体系还不完善，规模化生产还不成熟等。相信随着新型生物可降解高分子聚合物的发现和发展、多样化的胶凝机制的进一步阐明、评价体系的日趋完善、规模化生产对应的设备和工艺愈发成熟，会有越来越多理想的原位凝胶产品上市，更好地为人类健康服务。牙周炎治疗用的两类原位凝胶的概况汇总，见表 1。

Table 1 In-situ gel for the treatment of periodontitis表 1 牙周炎治疗用原位凝胶