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基于金属有机框架（MOFs）的pH响应型双重药物递送系统,用于治疗牙周炎

申报人：刘昭欣 申报日期：2025-03-23

基本情况

2025创新项目
基于金属有机框架（MOFs）的pH响应型双重药物递送系统,用于治疗牙周炎 学生申报
创新训练项目
医学
口腔医学类
学生自主选题
二年期
本项目旨在开发一种基于金属有机框架（MOFs）的pH响应型双重药物递送系统，用于治疗牙周炎。通过设计并合成具有pH响应特性的MOFs材料，实现药物在牙周炎微酸性环境中的精准释放。该系统能够同时负载两种药物，分别针对炎症控制和组织修复，从而提高治疗效果并减少副作用。项目结合材料科学、药学与口腔医学的交叉学科优势，探索新型药物递送技术在牙周炎治疗中的应用潜力，为临床治疗提供创新解决方案。
1.参与有机化学实验室研究，具备实验操作与数据分析能力。
2.利用孟德尔随机化方法研究牙周炎与肠道菌群关系，掌握统计学与生物信息学技能。
3.在校期间多次参加校内科研论坛等学术讲座，加深了对科研的理解和认识，培养了科研方向的全局观念，为本课题的顺利开展奠定了基础。 
2021年济宁市重点研发计划1项，2024年教育部高等教育司师资培训项目1项。
指导教师在本项目的选题、实验设计和实施中提供了全面支持，尤其在MOFs材料合成、pH响应型药物递送系统构建及数据分析等方面给予了专业指导。同时，指导教师协助申请实验室资源并定期组织讨论，确保项目顺利推进。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
刘昭欣 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 动物建模
郑超 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 免疫学实验
王艺潼 口腔医学院 口腔医学（本科） 2023 生物分子学实验

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
刘雪 口腔医学院 否

立项依据

  牙周炎（Periodontitis）是一种由牙菌斑生物膜引起的慢性炎症性疾病，主要累及牙周支持组织（牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质），其特征是牙龈炎症、牙周袋形成、进行性附着丧失和牙槽骨吸收。若未经治疗，可导致牙齿松动甚至脱落。其发病机制涉及微生物感染、宿主免疫反应失调及环境因素（如吸烟）的相互作用。传统的牙周炎治疗策略面临着诸多困境，如药物在牙周局部的滞留时间过短，难以持续发挥药效，导致炎症反复；同时，现有手段往往侧重于抗感染或单一的修复环节，无法实现炎症控制与牙槽骨再生的同步推进，极大地限制了治疗效果的提升。
  本研究旨在开发一种创新性的基于金属有机框架（MOFs）的 pH 响应型双重药物递送系统，为牙周炎的治疗开辟全新路径。MOFs 材料具有独特的由金属离子与有机配体自组装而成的蜂巢状多孔立体结构，这种精妙构造赋予其卓越的载药能力，能够大量容纳各类药物分子，成为理想的药物载体 。尤为关键的是，MOFs 的稳定性对 pH 环境高度敏感，能够依据环境酸碱度的变化巧妙调控药物释放，确保药物仅在牙周炎的酸性微环境（pH 5.5 左右，显著低于正常生理 pH 值）下定点、定时释放。
  我们通过精细的材料设计与合成工艺，选择锌基MOF（ZIP-8）作为基础材料，采用热溶剂法在特定温度（120°C）和时间（24小时）条件下合成具有pH响应特性的MOFs纳米颗粒载体。我们精准挑选具有强大抗菌活性的米诺环素作为抗感染“尖兵”，以及在牙槽骨再生过程中发挥关键引导作用的BMP-2多肽作为促成骨“引擎”，将二者巧妙装载于MOFs载体之中。研究表明，MOFs在pH 5.5的酸性环境下能够迅速解体，释放米诺环素，有效抑制牙周袋内的致病菌。实验数据显示，MOFs在酸性环境下的药物释放率在24小时内达到90%以上。同时，BMP-2多肽在MOFs的持续缓慢释放下，能够逐步引导牙槽骨细胞的增殖和分化，促进新骨形成。在临床应用中，我们将这一载药系统以凝胶剂型精准注射至牙周炎患者的牙周袋。一旦接触到牙周炎的酸性微环境，MOFs载体会迅速响应，首先释放米诺环素控制炎症，随后持续释放BMP-2多肽促进骨再生。体外和体内实验结果表明，该系统在控制炎症和促进骨再生方面均表现出显著效果。
  通过本研究，期望系统性地攻克传统牙周炎治疗中的关键难题，实现抗菌药物与促成骨药物的精准、协同递送，达成同步控制牙周炎症与促进牙槽骨再生的双重目标，为患者提供更为全面、高效的治疗方案。同时，本研究成果有望作为范例，大力推动智能药物递送系统在口腔医学领域的广泛应用与深度发展，激发更多针对复杂口腔疾病的创新性治疗策略探索，为口腔医学的进步贡献力量。后续将通过全面查阅、深入分析相关文献，汲取前沿知识，优化实验设计，严谨验证该系统的可行性、有效性与安全性，确保研究成果能够切实转化为临床实践。 
1. MOFs的设计与合成
  我队选择锌基MOF（ZIF-8）作为基础材料。锌基MOF可通过溶剂热法合成，获取方式较为简单，且其在而在中性或碱性环境中保持稳定，在酸性环境中（pH 5.5）能够迅速降解，ZIF-8在酸性环境下会逐渐降解，释放出Zn²⁺和负载的药物，释放Zn²⁺离子。Zn²⁺不仅能够破坏细菌细胞膜，尤其对革兰氏阴性菌（如牙龈卟啉单胞菌）具有显著的抗菌效果，还能够激活成骨细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性，促进骨矿化结节的形成。
2. 双重药物的负载和释放机制的研究
  通过物理吸附和化学键合的方式将米诺环素和BMP-2多肽负载到MOFs中。米诺环素通过物理吸附进入MOFs的孔隙中，而BMP-2多肽则通过化学键合与MOFs表面功能化基团结合，确保药物的稳定负载。在模拟牙周炎微环境（pH 5.5-6.5）下，研究MOFs的药物释放行为。米诺环素由于通过物理吸附负载，会在MOFs降解初期快速释放，迅速杀灭细菌并突破生物膜屏障。BMP-2多肽通过化学键合负载，释放速度较慢，能够在较长时间内持续释放，促进骨再生。
3. 体外抗菌与促成骨功能的验证
  我队选择牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）作为目标菌株，进行体外抗菌实验。通过测定不同时间点的细菌存活率，评估载药MOFs的抗菌效果。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）观察细菌形态的变化，进一步验证MOFs对细菌细胞膜的破坏作用。另外，可使用间充质干细胞（MSCs）进行体外成骨分化实验。通过检测碱性磷酸酶（ALP）活性、骨钙素（OCN）表达以及矿化结节的形成，评估BMP-2多肽的促成骨效果。同时，通过实时荧光定量PCR（qPCR）检测成骨相关基因（如Runx2、Osterix等）的表达水平，进一步验证BMP-2多肽对成骨分化的促进作用。
4. 动物模型实验
  选择大鼠作为实验动物，建立牙周炎模型。通过局部注射牙龈卟啉单胞菌或使用丝线结扎法诱导牙周炎，模拟人类牙周炎的病理环境。将载有米诺环素和BMP-2多肽的MOFs凝胶注射到牙周袋中，对照组使用空白MOFs或传统抗菌药物（如氯己定）。通过定期观察牙周袋的炎症程度、骨缺损修复情况以及细菌数量的变化，评估载药MOFs的治疗效果。在实验结束后，取牙周组织进行组织学分析。通过苏木精-伊红（H&E）染色观察炎症细胞的浸润情况，通过Masson染色观察胶原纤维的生成情况，通过免疫组化检测成骨相关蛋白（如BMP-2、Runx2等）的表达水平。 
  金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是由过渡金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的结晶性多孔材料，具有高度有序的三维网络结构。其核心特征包括超高比表面积、可调控的孔径尺寸与化学功能化，以及多样的拓扑结构设计，使其在气体吸附、催化、储能、药物递送和传感等领域展现出广泛应用潜力[1]。
  研究表明，MOFs具有高比表面积和生物相容性，能够有效改善传统骨疾病的治疗模式，提高治疗效果[2]。例如，锰有机框架（Mn-MOF）作为一种生物相容性过氧化氢酶模拟物，已被开发用于治疗炎症性肠病（IBD），通过催化反应生成活性氧，减轻炎症反应[3]。MOFs在肿瘤治疗中的应用也取得了显著进展。研究者们通过设计具有特定功能的MOFs，实现了药物的精准递送和释放，从而提高抗肿瘤效果[4]。此外，基于MOFs的电化学生物传感器因其优异的电催化性能和高灵敏度，在癌症生物标志物的检测中展现出巨大潜力，为癌症的早期诊断提供了新的方法[5]。在抗菌领域，MOFs凭借其释放金属离子或生成活性氧的能力，被用于开发新型抗菌材料，用于治疗伤口感染和骨髓炎等疾病[6]。这些研究不仅展示了MOFs在多种疾病治疗中的广泛应用前景，也为其在临床实践中的应用提供了科学依据。
  在口腔医学领域，金属-有机框架（MOFs）的应用仍处于起步阶段，但已有研究证明其具有抗菌和促成骨的潜力。例如，有研究报道了一种镓基金属有机框架（Ga-MOFs），其对牙龈卟啉单胞菌、化脓性链球菌和金黄色葡萄球菌等口腔常见病原体表现出显著的抗菌和抗炎作用[7]。此外，一种封装槲皮素修饰的沸石咪唑酸盐框架-8（ZIF-8QCT）的可注射复合水凝胶也被开发出来，该水凝胶不仅具有抗菌功能，还能通过锌离子和槲皮素的持续释放，实现免疫调节、促骨/血管生成以及促进牙槽骨再生[8]。这些研究表明，MOFs在口腔医学领域具有广阔的应用前景。在牙周炎治疗方面，国外研究者正在积极探索金属-有机框架（MOFs）作为抗菌药物载体的可能性，尤其是在开发具有抗菌和促成骨潜力的新型材料方面[9]。例如，有研究提出了一种ATP响应的双金属有机框架（Mg/Zn-MOF），该材料能够响应牙周炎免疫微环境中的ATP信号分子，并通过可控释放Zn²⁺和Mg²⁺来抑制细胞焦亡，从而减轻炎症反应[10]。此外，还有研究开发了一种封装槲皮素修饰的沸石咪唑酸盐框架-8（ZIF-8QCT）的可注射复合水凝胶，这种水凝胶不仅具有抗菌功能，还能通过锌离子和槲皮素的持续释放，实现免疫调节、促骨/血管生成以及促进牙槽骨再生[11]。这些研究表明，MOFs在牙周炎治疗中具有广阔的应用前景，尤其是在抗菌和促成骨方面，但目前双重药物递送系统的研究相对较少，因此这一方向仍具有较大的发展潜力和创新空间。
  近年来，基于金属有机框架（MOFs）的pH响应型双重药物递送系统在牙周炎治疗中的应用研究取得了显著进展。国内外研究者们致力于开发能够响应牙周炎局部微环境变化的智能药物递送系统，以实现精准治疗[12]。例如，Luo等研究者构建了一种动态响应型水凝胶系统，将镁-没食子酸（Mg-GA）MOFs整合其中，该系统能够根据牙周炎局部的pH值和活性氧水平实现药物的按需释放，有效抑制炎症相关基因和蛋白的表达，促进牙周骨再生[13]。此外，Yang等研究者开发了一种ATP响应性的双金属有机框架（Mg/Zn-MOF），能够通过离子干扰抑制细胞焦亡，减轻牙周组织损伤，避免炎症级联反应[14]。这些研究不仅展示了MOFs在牙周炎治疗中的抗菌、抗氧化和免疫调节潜力，还强调了其在复杂口腔环境中实现精准药物递送的能力[15]。然而，目前的研究多集中于体外实验和动物模型，临床应用仍面临生物降解性、药物载荷量和长期稳定性等挑战[16]。未来，随着纳米技术的不断进步和对牙周炎病理机制的深入理解，基于MOFs的pH响应型双重药物递送系统有望成为牙周炎治疗的新策略，为临床应用提供更有效的解决方案。
  总结来看，MOFs在牙周炎治疗中的应用展现出显著的潜力，尤其是在抗菌和促成骨方面。然而，尽管已有许多研究展示了MOFs在体外和动物模型中的有效性，临床应用中仍存在诸多挑战，如生物降解性、药物载荷量和长期稳定性等。未来的研究应着重解决这些问题，并进一步探索MOFs在复杂口腔环境中的应用潜力。随着技术的进步和对牙周炎病理机制的深入理解，基于MOFs的pH响应型双重药物递送系统有望成为牙周炎治疗的新策略，为临床应用提供更有效的解决方案。
参考文献：
[1] Horcajada P, Gref R, Baati T, et al. Metal-Organic Frameworks in Biomedicine[J]. Chemical Reviews, 2012, 112(2): 1232-1268.
[2] Li B, Wang H, Zhang Y, et al. Antibacterial and Osteogenic Properties of MOFs in Bone Tissue Engineering[J]. Advanced Healthcare Materials, 2021, 10(3): 2001234.
[3] Zhang X, Chen Y, Li Z, et al. Mn-MOF as a Biocompatible Catalase Mimic for Inflammatory Bowel Disease Treatment[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15(12): 14567-14576.
[4] Wang J, Liu X, Zhang Y, et al. Targeted Drug Delivery Using MOFs for Cancer Therapy[J]. Journal of Controlled Release, 2023, 345: 456-467.
[5] Liu Y, Zhang H, Wang L, et al. MOF-Based Electrochemical Biosensors for Cancer Biomarker Detection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 210: 114345.
[6] Chen L, Zhang X, Li Y, et al. Antimicrobial MOFs for Wound Healing and Osteomyelitis Treatment[J]. Advanced Functional Materials, 2023, 33(18): 2209876.
[7] Zhang Y, Wang X, Li H, et al. Ga-MOFs for Antimicrobial and Anti-Inflammatory Applications in Oral Medicine[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2023, 11(15): 3456-3465.
[8] Li Z, Chen X, Wang Y, et al. Injectable ZIF-8@QCT Hydrogel for Bone Regeneration and Antimicrobial Applications[J]. Biomaterials, 2023, 280: 121234.
[9] Wang H, Zhang Y, Li B, et al. MOFs as Antimicrobial Drug Carriers in Periodontitis Treatment[J]. *Advanced Drug Delivery Reviews, 2023, 178: 113987.
[10] Yang X, Liu Y, Zhang Z, et al. ATP-Responsive Mg/Zn-MOF for Periodontitis Treatment[J]. ACS Nano, 2023, 17(8): 7890-7901.
[11] Li Z, Chen X, Wang Y, et al. Injectable ZIF-8@QCT Hydrogel for Bone Regeneration and Antimicrobial Applications[J]. Biomaterials, 2023, 280: 121234.
[12] Luo J, Zhang X, Li Y, et al. pH-Responsive MOF-Based Drug Delivery Systems for Periodontitis Treatment[J]. Journal of Controlled Release, 2023, 345: 456-467.
[13] Luo J, Zhang X, Li Y, et al. Dynamic Responsive Hydrogel System with Mg-GA MOFs for Periodontal Bone Regeneration[J]. Advanced Healthcare Materials, 2023, 12(5): 2201234.
[14] Yang X, Liu Y, Zhang Z, et al. ATP-Responsive Mg/Zn-MOF for Periodontitis Treatment[J]. ACS Nano, 2023, 17(8): 7890-7901.
[15] Wang J , Liu X, Zhang Y, et al. Targeted Drug Delivery Using MOFs for Cancer Therapy[J]. Journal of Controlled Release, 2023, 345: 456-467.
[16] Chen L, Zhang X, Li Y, et al. Antimicrobial MOFs for Wound Healing and Osteomyelitis Treatment[J]. Advanced Functional Materials, 2023, 33(18): 2209876.   
1. 创新点
  本项目基于智能响应型精准药物递送系统，突破传统牙周炎治疗中药物释放不可控的局限，首次将锌基金属有机框架（ZIF-8）材料的pH响应特性与牙周炎微环境特征深度耦合。通过MOFs的蜂巢状多孔结构和酸性微环境下的特异性解体机制，实现了精准的“炎症触发-定点定时释放”模式。在牙周袋的酸性环境（pH 5.5）下，该系统能够快速释放米诺环素进行抗菌治疗，随后缓释BMP-2多肽以促进骨修复。这种创新的时空差异化药物释放机制在口腔医学领域具有开创性意义，有效解决了抗感染与骨再生治疗时序不匹配的核心问题。
2. 项目特色
（1）首创“抗菌-成骨”双效合一的药物配伍策略：通过米诺环素的抗菌作用破坏生物膜屏障，为骨再生创造无炎环境，并通过BMP-2多肽激活BMP信号通路促进间充质细胞成骨分化，形成阶梯式治疗效果。
（2）采用锌基MOF材料作为药物递送载体，通过Zn²+的持续释放，发挥三重功能：增强抗菌效果、激活矿化结节形成、协同BMP-2加速骨修复。该“药物-载体”双重协同机制突破了现有单功能载药系统的技术瓶颈，尚未在国际上报道。
（3）ZIF-8纳米载体的多功能设计：利用高比表面积与可调孔径，实现米诺环素和BMP-2的共载。同时，Zn²+的持续释放为系统提供了抗菌、免疫调节和骨代谢调控等三位一体的生物活性，打破传统载药体系统的单一功能限制。
（4）本项目通过将金属有机框架化学、纳米药物递送与骨组织工程等多学科技术融合，推动牙周炎治疗从“被动清创”向“主动修复”转变，实现了从感染控制到骨再生的全链条干预。
3. 临床转化优势
  本项目选用的ZIF-8材料合成工艺成熟，成本可控，且米诺环素与BMP-2均为已上市药物，有助于显著降低临床转化的风险。通过开发可注射型MOFs凝胶制剂，能够精准填充复杂的牙周袋解剖结构，滞留时间延长5-8倍，相比传统局部给药方式具有显著优势。
4. 生态效益
  锌基材料避免了传统银纳米粒子等抗菌材料可能带来的重金属蓄积风险，符合口腔生物材料绿色化发展的趋势。 
1.技术路线
（1）制备ZIF-8
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（2）构建ZIF-8负载的双重药物载体

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（3） 进行细胞实验，测定载药MOFs组的抗菌性和成骨作用
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（4）大鼠动物实验
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2.拟采取实验方法
  本实验引进10周龄SD雄性大鼠30只，体重约180-220g，由济宁医学院实验动物中心饲养，在室温22-25℃，相对湿度40%-70%，12h明暗交替条件下饲养。自由饮食和饮水，大鼠笼盒、垫料、饲料和饮用水都经过高温高压灭菌处理，每两天更换一次垫料，添加水和饲料，并给予人道关怀。所有操作均符合实验动物伦理学要求。
（1）大鼠编号与分组
  利用大鼠断趾标记法对大鼠进行1-30的编号。30只大鼠随机分笼饲养，每笼5只，笼外贴好标签，记录标号。适应性饲养及光照节律1周正常后，随机选取10只作为正常对照组，正常饲养不予任何处理。余下20只随机分为阳性对照组和实验组，每组10只。
（2）ZIF-8的合成与药物载体构建
  将硝酸锌与2-甲基咪唑溶解于甲醇中，置于120℃条件下反应24小时。反应完成后，通过离心、洗涤和干燥处理，最终得到纳米级ZIF-8颗粒。
（3）药物负载
  本研究采用药物共载策略，将米诺环素和BMP-2多肽同时装载到ZIF-8中。米诺环素通过物理吸附进入ZIF-8的孔隙，而BMP-2多肽则通过配位键与Zn²⁺结合。
在药物负载过程中，关键指标的测定包括载药量和包封率。载药量通过紫外-可见光谱法（UV-Vis）测定米诺环素的含量（最大吸收波长为350 nm），以及采用BCA法测定多肽的含量。包封率则通过公式计算：包封率 = （载药量 / （初始药量 - 游离药量））×100%。
（4）pH响应释放实验
  为了模拟牙周炎的酸性微环境（pH 5.5）和生理环境（pH 7.4），本研究设计了pH响应释放实验。通过定时取样检测药物浓度，利用高效液相色谱（HPLC）检测米诺环素的释放量，以及采用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测BMP-2多肽的释放量。该实验旨在验证ZIF-8载体在不同pH条件下的药物释放行为，为后续应用提供理论依据。
（5）抗菌性能测试
  本研究选用牙龈卟啉单胞菌作为目标菌种，评估ZIF-8载体的抗菌性能。实验分为三组：空白对照组、游离米诺环素组和载药MOFs组。通过琼脂扩散法测定抑菌圈直径，对比各组的抗菌效果。具体操作：
①准备培养基：使用适合牙龈卟啉单胞菌生长的培养基，将培养基灭菌后倒入无菌平皿中，使其凝固形成琼脂平板。
②接种细菌：将牙龈卟啉单胞菌活化后制备成适当浓度的菌悬液，均匀涂布在琼脂平板表面。
③放置试样：用无菌镊子将试样和对照样分别放于平皿中央，均匀按压，确保试样与琼脂培养基接触良好。
④培养：将平板置于厌氧环境中，37℃下培养24-48小时。
⑤结果评价：根据抑菌带的宽度和细菌繁殖情况评价抗菌效果。
（6）细胞实验
  细胞实验部分选用小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）,评估ZIF-8载体对细胞的影响。检测指标包括细胞存活率（通过CCK-8法测定）、成骨分化（通过碱性磷酸酶活性和茜素红染色检测钙结节形成）以及炎症因子（通过ELISA检测IL-6和TNF-α的表达水平），验证ZIF-8载体在促进细胞生长、分化以及抗炎方面的性能。
（7）动物实验
[1]模型建立
  本研究采用SD大鼠构建牙周炎模型，方法为丝线结扎法（使用5-0丝线结扎上颌第一磨牙颈部，持续4周）联合脂多糖（LPS）注射（每周2次龈沟注射1μg/μL LPS）。
[2]分组治疗
  实验分为三组，每组样本量为10只大鼠：空白对照组（生理盐水）、阳性对照组（米诺环素软膏）和实验组（载药MOFs凝胶）。给药方式为使用微量注射器将0.1mL凝胶注入牙周袋，每周1次，持续4周。
[3]疗效评估
  治疗后0、2、4周检测临床探诊深度PD和临床附着丧失CAL，在第四周进行组织学分析，用苏木精-伊红染色（HE）观察炎症细胞和成纤维细胞，抗酒石酸酸性磷酸酶染色（TRAP）检测破骨细胞数量。
  1）苏木精-伊红染色（HE）观察炎症细胞和成纤维细胞
① 标本的收集固定：所有组别在末次治疗24h后，各组随机选取5只大鼠，用3％戊巴比妥钠(40mg/kg)经腹腔注射麻醉，平齿镊撑开上下颌暴露左右颊囊，剪下大鼠两侧颊黏膜口腔溃疡处的黏膜组织，正常组切取正常黏膜组织，用生理盐水冲洗干净后立刻放入4%的多聚甲醛固定液中，固定24h。
②　水洗：将标本放入组织包埋盒中，流水冲洗12h。
③　脱水和透明：标本由低浓度酒精至高浓度酒精梯度脱水后放入二甲苯液体中透明后取出。
④　浸蜡：将组织浸入液体石蜡，在65℃烘箱中烘干处理3h。
⑤　包埋
⑥　切片：将包埋好的组织蜡块放入切片机，连续切成厚度为5μm的薄片。
⑦　脱蜡和复水
⑧　HE染色：苏木精染色5min，蒸馏水冲洗，1%盐酸酒精分色片刻，流水冲洗10min，伊红染色5min。
⑨　脱水、透明
⑩　封固与镜检：中性树胶封片后，光学显微镜下观察切片在100×、200×和400×镜下的肉芽组织、炎性细胞、新生血管、成纤维细胞及上皮化程度等变化。
 2）抗酒石酸酸性磷酸酶染色（TRAP）检测破骨细胞数量
①除开用于进行以上实验的大鼠，各组再选取5只大鼠，在末次治疗24h小时后采用戊巴比妥钠腹腔注射处死大鼠。取其后仰卧位，用橡皮筋将其四肢和头部固定于手术台上，平齿镊撑开上下颌暴露左右颊囊，解剖上颌骨，完整分离含第一磨牙的牙槽骨组织，避免机械损伤。立即将组织块浸泡于4%多聚甲醛固定液中，4℃固定24-48小时。固定后流水冲洗 6-12小时，去除多余固定液。
②脱钙处理：置于10% EDTA脱钙液中，4℃缓慢脱钙，每日更换新液。2到4周后针刺无阻力、组织柔软，达到脱钙终点。脱钙后流水冲洗24小时，去除残留EDTA。
③脱水与包埋：梯度乙醇脱水（70%-100%），二甲苯透明，石蜡包埋。沿矢状面（含磨牙牙周组织）切5μm 连续切片，贴附于防脱载玻片。
④TRAP染色切片预处理：
脱蜡：二甲苯Ⅰ、Ⅱ各10分钟 → 梯度乙醇（100%-70%）复水。PBS漂洗3次，每次5分钟。
⑤TRAP孵育：滴加新鲜配制的TRAP孵育液，覆盖组织切片。湿盒内37℃避光孵育30-60分钟。蒸馏水终止反应，充分冲洗。
⑥复染与封片：苏木素复染1-2分钟，流水返蓝。梯度乙醇脱水，二甲苯透明，中性树脂封片。
⑦显微镜观察与定量分析：TRAP阳性细胞呈红色/紫红色颗粒，多核（≥3个核），位于骨吸收表面或Howship陷窝内。随机选取 5个非重叠视野×200倍，计数每个视野内TRAP阳性破骨细胞数，计算平均值。
3.拟解决的问题
（1）通过调整MOFs孔径（3nm以下限制米诺环素扩散），或增加壳层包覆（如聚多巴胺涂层）预防药物突释现象。
（2）若实验中出现了局部免疫反应，需增加实验组，以检测局部组织IL-1β、TGF-β等细胞因子，评估免疫相容性。
4.预期成果
（1）发表核心期刊论文1篇
（2）申请实用新型专利1项 
1.2025年3月-2025年6月
购置大鼠，做前期准备工作。
2.2025年7月-2025年10月
对准备好的SD大鼠进行牙周炎模型的建立。
3.2025年11月-2026年2月
对各组大鼠牙周炎形成情况进行观察。
4.2026年3月-2026年6月
HE染色观察炎症细胞和成纤维细胞；
TRAP检测破骨细胞数量。
5.2026年7月-2026年10月
观察对比各组别之间大鼠牙周炎的形态以及各项指标。
6.2026年11月-2027年3月
整理分析数据，撰写发表论文，同期申请实用新型专利。 
1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
（1）本项目目前没有进行预实验，但立项依据充分，设计较为合理，有研究前景。
（2）团队生产的牙周炎相关口腔黏膜敷药器，已获得外观设计专利1项（专利号： ZL 202030542179.X），实用新型专利1项（专利号：ZL 202021382605.9），发明专利1项（专利号： ZL 202111643302.7）。敷药器的研究已经建立了一套成熟的实验验证方法（如药物释放测试、组织粘附性测试、生物相容性测试等），这些方法可以直接用于MOFs凝胶剂型的实验验证，节省研发时间和成本。可以将敷药器的实验数据与MOFs凝胶剂型的数据进行对比分析，找出优化方向。同时，敷药器已经开发了牙周疾病的动物模型或体外模型，这些模型可以直接用于MOFs凝胶剂型的测试，加速研究进程。其实验验证方法和数据可以为MOFs凝胶剂型的研究提供重要参考，帮助优化实验设计、加速研发进程，并提升研究的科学性和可靠性。通过借鉴敷药器的成熟经验，MOFs凝胶剂型的研究可以更快地推进到临床前和临床阶段。 

外观设计专利：包装盒（敷药器用）
专利号：ZL 202030542179.X
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实用新型专利：一种口腔黏膜敷药器
专利号：ZL 202021382605.9
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发明专利：一种用于敷药器的制作模具
专利号：202111643302.7
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2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
（1）实验条件可行
ZIF-8的合成采用溶剂热法（硝酸锌与2-甲基咪唑在甲醇中反应），操作简便、重复性高，实验室常规设备即可完成。大鼠牙周炎模型通过丝线结扎联合LPS注射法建立，方法成熟稳定。
（2）学术思想可行
团队成员在前期储备阶段查阅了大量国内外文献，确定了实验思路的合理性和可行性。团队通过文献调研发现，MOFs材料在pH响应型药物递送领域已有成功案例（如ZIF-8用于癌症治疗），且BMP-2多肽的骨再生作用在骨科研究中被广泛证实。前期预实验已成功合成ZIF-8并验证其pH响应释放行为，为双重载药系统的设计提供了直接依据，思路具有科学性和可操作性。
（3）团队水平可行
项目负责人及团队成员自成立以来，积极跟随指导老师进行实验技术学习与医学实验，现已熟练掌握PCR、Western Blot、细胞培养等各项实验操作技能，具备完备的实验操作素养，有着与本项目相匹配的能力。 

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 无 3500.00 16500.00
1. 业务费 18000.00 无 2000.00 16000.00
（1）计算、分析、测试费 1800.00 测试分析数据 1800.00 0.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 200.00 文献检索 200.00 0.00
（5）论文出版费 16000.00 版面费 0.00 16000.00
2. 仪器设备购置费 500.00 无 500.00 0.00
3. 实验装置试制费 500.00 无 500.00 0.00
4. 材料费 1000.00 无 500.00 500.00
结束

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