《Advanced Science》：Dual-Strategy Design of Heterojunction-Enhanced Piezoelectric Hydrogels for Periodontitis Treatment
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本研究创新性地构建了ZnO/ZnS异质结增强型压电水凝胶，通过“双策略”（异质结+氧空位）与“双盐”（MgCl2/Na3Ct）协同作用，显著提升压电输出（≈150 mV）与离子电导率（3.82 mS·cm?1），在超声激活下促进hPDLSCs成骨分化（Runx2/Col-1/OPN/OCN↑）并驱动巨噬细胞M2极化，实现牙周炎骨缺损的免疫调控再生。
ABSTRACT
牙周炎作为全球高发的慢性炎症性疾病，持续炎症与牙槽骨吸收严重威胁口腔及全身健康。本研究提出“双策略”压电水凝胶系统：通过原位构建ZnO/ZnS异质结（含氧空位）放大ZnO压电效应，结合PVA多网络与MgCl2/Na3Ct双盐体系，实现高离子电导率、机械稳定性与生物活性。该水凝胶在超声激活下产生稳定电压（≈150 mV），显著促进hPDLSCs成骨分化（Runx2/Col-1/OPN/OCN↑），并诱导巨噬细胞向M2表型极化。大鼠牙周炎模型证实其可重建牙槽骨结构、抑制破骨细胞活性并平衡M1/M2比例，为炎症性骨缺损再生提供新策略。
1 Introduction
牙周炎影响全球超60%人口，其炎症微环境导致“成骨抑制-免疫失衡”恶性循环。骨组织的天然压电特性为电刺激疗法提供理论依据，但现有材料（PVDF缺乏骨传导性、BaTiO3刚性过强）难以满足牙周复杂微环境需求。ZnO虽具生物相容性，但传统材料因电荷屏蔽效应压电输出有限。本研究通过异质结工程（ZnO/ZnS）与氧空位调控解决此瓶颈，结合双盐增强PVA水凝胶导电性，实现“电信号-免疫-成骨”协同调控。
2 Results and Discussion
2.1 Construction of ZnO/ZnS Heterojunctions
通过调控硫前驱体比例（x=0.02-0.08）优化ZnO/ZnS-x结构，XRD/XPS证实ZnO/ZnS-0.04具备最佳氧空位比例（O 1s谱）与均匀异质结界面（TEM）。PFM显示其压电响应显著优于纯ZnO/ZnS，归因于异质结内建电场促进电荷分离与氧空位捕获载流子。
2.2 Design and Functional Characterization of Injectable POG-HC Hydrogel
POG-HC水凝胶（PVA/Gel/OCMC-Na+双盐+异质结）具备优异注射性与自愈合性能，离子电导率达3.82 mS·cm?1（EIS验证）。超声刺激下产生≈150 mV电压波动，且在PBS湿润环境中保持稳定应变响应（1000次循环测试）。
2.3 Biosafety Evaluation
Live/Dead染色与溶血实验（2.39%）证实材料生物安全性，EdU/Transwell显示POG-HC显著促进hPDLSCs增殖迁移。皮下植入实验表明水凝胶可降解且未引发慢性炎症。
2.4 Osteogenic Differentiation of hPDLSCs
ALP（7天↑2.3倍）与Alizarin Red S（21天）染色显示POG-HC显著促进矿化结节形成，Runx2/Col-1/OPN/OCN荧光强度较对照组提升6.7-8.4倍，机制涉及压电信号激活Ca2+通道与Mg2+协同调控Wnt/β-catenin通路。
2.5 Macrophage M2 Polarization
LPS诱导RAW264.7炎症模型中，POG-HC显著抑制TNF-α/IL-6（↓）并促进IL-10/TGF-β（↑），流式细胞术证实M2巨噬细胞比例从8.9%增至45.2%，机制与压电信号调控NF-κB通路相关。
2.6 Immune Remodeling of hPDLSCs
条件培养基模型显示POG-HC通过巨噬细胞M2极化减轻hPDLSCs炎症负担，Western blot证实NF-κB通路抑制（p-NF-κB↓），ALP/ARS染色验证成骨功能恢复。
2.7 Therapeutic Efficacy in Rat Periodontitis Model
大鼠牙周炎模型显示POG-HC显著降低CEJ-ABC距离（1.11→0.36 mm），提升骨体积分数（BV/TV 51.2%），Micro-CT证实牙槽骨结构重建。
2.8 Osteoimmune Bone Regeneration
H&E/Masson/TRAP染色显示POG-HC组牙周韧带结构完整、破骨细胞活性抑制，免疫荧光证实iNOS↓/CD206↑，实现免疫-成骨协同再生。
2.9 Transcriptomics Mechanism
RNA-seq发现2698个差异基因，GO/KEGG富集显示Ca2+信号、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin通路激活，Western blot验证p-AKT/β-catenin/Runx2/ALP上调。
3 Conclusions
本研究通过“异质结增强+双盐协同”策略构建智能压电水凝胶，突破传统材料在牙周炎治疗中的电信号传导、免疫调控与成骨活性协同瓶颈，为炎症性骨缺损再生提供新范式。
