2.1   药物缓释系统的概念   药物缓释系统是由SMITH KLINE在1952年提出的一种新型给药系统[3]，指利用具有生物相容性和生物可降解性的材料作为载体，以物理吸附或化学吸附的方式与药物结合制成相应的剂型，并通过扩散作用、渗透作用等方式进入人体内，使所需剂量的药物以稳定可控的速率在人体内持续缓慢释放，从而达到充分发挥药效、有效治疗疾病的目的[4-6]。 药物缓释系统由载体材料和药物分子两部分组成。根据药物分子不同的化学性能可以选择不同的载体材料，也可以改变载体材料的粒径大小、形态结构或对载体材料的表面进行化学修饰，从而提高药物缓释系统的载药性能和缓释性能[7]。应用药物缓释系统给药的优势在于该系统能够较长时间地将患者的血药浓度维持在恒定的范围内，在维持药效的同时能显著减少给药次数和用药量，并且能有效解决应用传统给药系统引起血药浓度出现“峰-谷”波动、药物利用率低、毒副作用大及药物半衰期短等问题。 2.2   药物缓释系统的分类   根据药物缓释载体不同的剂型，药物缓释系统主要分为纤维体系、膜片或条带体系、水凝胶体系、微纳药物输送系统，其中微纳药物输送系统主要包括脂质体体系、聚合物胶束体系及微球体系。 2.2.1   纤维体系   纤维体系是指将药物与单组分、双组分或多组分高分子聚合物混合制成的纤维状制剂。作为储库型药物缓释体系，纤维体系可以直接放置在作用位点，也可以包装成片剂，或置于胶囊中，主要通过以下一种或两种机制释放药物：扩散、溶胀和降解[8]。 用于制备纤维的高分子材料包括天然材料(如壳聚糖、玉米蛋白和明胶)和人工合成材料(如聚氨酯，聚丙烯、醋酸纤维素丙酸酯)。药物通过直接负载或被动吸附固定在高分子聚合物表面，主动和被动负载都可以通过熔化、干燥、湿法纺丝或静电纺丝技术来实现[9]。目前研究较为广泛的静电纺丝技术，是指利用高分子聚合物在高压电场作用下形成喷射流拉伸，从而形成微米甚至纳米级纤维的技术[10]。静电纺丝纤维具有比表面积大、孔隙率高、机械性能良好、生物相容性良好等优点，在皮肤组织再生[11]、神经组织再生[12]、骨组织再生[13]、血管组织再生[14]、肌腱组织再生等领域均有广泛研究[15]。 2.2.2   膜片或条带体系   膜片或条带体系属于基质型药物输送系统，是指通过溶剂蒸发法、模压法、辊压法或旋涂法等将高分子聚合物和药物混合后制备成膜片或条带。该体系的主要优点是药物的控制释放，并且易于操作，可根据需要的形状和大小确定尺寸，易于插入目标部位，对患者的不适感较小[16]。与其他类型的药物缓释系统相比，高分子膜片或条带还具有稳定性佳、表面积大且降解速率慢等优点。 用于制备膜片或条带的高分子材料包括丙烯酸、羟丙基纤维素、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物等，药物分布在这些聚合物中通过扩散或基质溶解方式释放[17]。目前，膜片或条带药物缓释体系在青光眼的治疗[18]、角膜内皮细胞再生[19]、牙周疾病的治疗等领域均有广泛研究[20]。 2.2.3   水凝胶体系   水凝胶亲水性高分子单体通过分子之间的交联形成的一种三维空间网状结构。水凝胶不溶于水，但可在水中吸收大量水分而发生溶胀，并在溶胀之后保持其原有结构而不被溶解，且经过充分溶胀后的水凝胶与人体组织的柔软程度接近，具有良好的生物相容性[21]。 水凝胶体系是利用水凝胶的疏松多孔结构装载药物，通过溶胀及智能环境应答等机制来调控药物释放的量和速率，实现药物控释。药物释放的具体机制主要分为3类：①材料降解控制释放机制，即由可生物降解的材料包埋药物，通过材料不断被降解，药物也不断地被释放出来。药物的释放速率由材料的降解速率决定，但材料的降解速率跟周围环境条件关系较大，如是否存在降解酶、pH值等，因此在考虑药物释放速率时，除了要考虑材料的性质还要考虑周围的环境条件[22]。②扩散释放机制，即载体内的药物向机体内扩散，其条件为机体内的药物浓度较载体内的药物浓度低。释放前期，因为载体和机体内的药物浓度差比较大，药物的扩散释放速率比较快；随着药物不断地释放，载体内的药物浓度逐渐降低，机体内药物浓度逐渐增加，浓度差变小，药物的扩散释放速度变慢[21]。所以，此类释放机制的特征为先快后慢。③应答控制释放机制，如温度敏感型水凝胶、pH值敏感型水凝胶、电场敏感型水凝胶、磁场敏感型水凝胶等[23]。其中，温度敏感型水凝胶是研究最广泛且十分重要的一种类型，在环境温度发生变化时，温度敏感型水凝胶能够通过改变自身结构而改变自身性质，由此发挥智能“on-off”开关的作用控制药物的释放[24]。所以，这一类药物释放速率由应答控制的药物缓释系统，又名为智能型药物缓释系统。 目前，水凝胶缓释系统在牙周组织疾病治疗[25-26]、眼科[27]、皮肤组织工程[28]、软骨和骨组织工程等领域中得到了广泛研究[29]。 2.2.4   微纳药物缓释体系   微粒是指直径为1-1 000 μm的球形固体聚合物结构，通过装载活性药物并均匀地分散在高分子聚合物基质中，从而保护药物免受外部环境的干扰，实现药物的控制释放，改善生物利用度并降低不良反应的发生率和强度[30]。纳米颗粒直径≤100 nm，能够直接或在装载活性药物后被递送至作用位点，其优势是改善了跨细胞膜的运输、增加了表面积与体积之比，从而提高了药物装载能力，并且由于颗粒大小模拟了生物组织结构，因此具有良好的生物相容性[31]。目前，已有研究表明金属纳米颗粒具有抗菌[32]、抗癌[33]、促进骨组织再生的潜力[34]，在生物医学领域中具有良好的前景。此外，其他纳米颗粒还包括脂质体、聚合物纳米颗粒、聚合物胶束等。 脂质体：是一种具有双分子层的脂质微囊泡，体积大小一般在几百纳米到几微米之间，根据粒径的大小和双分子层的数目可将其分为小单层囊泡、大单层囊泡、多层囊泡。在脂质体药物缓释体系中，基于药物的化学性质不同，可将药物包裹于脂质体的不同部位。药物可分为亲水性、亲脂性和两亲性药物，亲水性药物包裹于微囊泡的中心，进而增加亲水性药物的细胞膜穿透性；亲脂性药物包裹于脂质双分子层之间，进而增加亲脂性药物的溶解性；两亲性药物可附着在脂质膜的表面[35]。 脂质体释放药物的方式主要分为3类：①脂质体利用受体与细胞膜结合或通过静电作用释放药物；②脂质体的脂质成分与细胞膜的脂质成分交换后释放药物；③脂质体通过胞吞作用进入细胞，在溶酶体和低pH值的诱导下发生脂质体膜降解和药物释放，或者与内吞囊泡融合后释放药物[36]。有研究显示，脂质体已广泛应用于抗肿瘤[37]、抗真菌[38]、镇痛[39]、基因疗法及组织再生领域[40-41]。 其他：聚合物胶束是具有疏水核心和亲水壳的自组装纳米颗粒，即两亲嵌段共聚物，在选择性溶剂中其中一种嵌段不溶形成胶束的核心，另一种嵌段可溶形成胶束的壳。聚合物胶束能够增加亲脂性药物在水中的溶解能力，因此是传递亲脂性药物的重要载体[42]。聚合物胶束体系通过物理包埋、化学结合、静电作用等将药物限制在疏水内核里，被包埋的药物通过聚合物胶束的降解或者聚合物胶束的微孔渠道释放，从而发挥药效，由于聚合物胶束在血液中循环时间较长，因此该体系显著延长了药物作用时间，提高了药物生物利用度[43]。 微球是指药物分散或溶解在高分子材料中所形成的骨架型微小球形或类球形微粒。微球体系借助特定高分子材料的生物降解性和降解时间可控性以实现长时间的缓释作用，并可以使药物聚集于靶区，从而实现提高药物疗效、降低其不良反应和延缓给药周期的作用[44]。 2.3   药物缓释系统在牙周组织再生中的应用 2.3.1   纤维体系   纤维体系作为牙周药物缓释系统，其载药类型包括抗菌药物、生物活性分子及非类固醇抗炎药物。TONETTI等[45]制备了负载25%四环素盐酸盐的醋酸乙烯乙酯纤维，评估了醋酸乙烯乙酯纤维的药物输送动力学，并且进行了牙周治疗相关的临床试验，即在20例患者的121个部位进行了刮治根面平整术，同时放置负载四环素盐酸盐的醋酸乙烯乙酯纤维10 d，发现10 d内龈沟液中的药物水平始终保持在600 g/L以上的恒定水平，显示醋酸乙烯乙酯纤维的零级释放特性；并且在1，3，6个月复查时，探诊深度和附着丧失程度显著降低，与单独使用刮治根面平整术、单独使用四环素纤维治疗10 d和单独使用四环素纤维治疗20 d相比，辅助使用刮治根面平整术的四环素纤维治疗后的牙周疾病复发率显著降低。 有学者利用同轴静电纺丝技术构建一种由淫羊藿苷作为芯层、丝素蛋白和聚左旋乳酸-聚己内酯作为壳层的复合纳米生物材料，用作新型牙周组织工程支架材料，并且对纤维膜的药物释放量进行了测试，纤维膜表现出稳定可持续的药物释放曲线，证明该材料可作为一种储库型药物释放材料作用于牙周组织再生[46]。 2.3.2   膜片或条带体系   在牙周疾病治疗中，膜片或条带药物缓释体系主要用于输送洗必泰、四环素和甲硝唑等药物[9]，其中关于甲硝唑缓释药膜的研究最为广泛。YANG[47]将138例慢性牙周炎患者随机分为对照组和实验组，对照组患者使用盐酸米诺环素治疗，实验组患者使用甲硝唑缓释膜片联合盐酸米诺环素治疗，每组治疗4周，然后观察两组患者的牙周病情况、治疗效果、不良反应和复发情况，结果显示两组患者的牙龈指数、牙菌斑指数、牙松动度分度和牙周袋深度均较治疗前明显降低；此外，实验组降低的幅度明显更大，疗效优于对照组。 在牙周组织再生领域，有学者将具有良好理化性能与生物学性能的氧化石墨烯引入到丝素蛋白膜中，制备氧化石墨烯/丝素蛋白膜片，并将辛伐他汀装载到氧化石墨烯/丝素蛋白多孔膜中，体外释放实验表明该多孔膜具有缓释效果，药物可在28 d内被逐渐释放，释药速率与氧化石墨烯含量呈反比；扫描电镜、光学显微镜、激光共聚焦显微镜等结果显示，氧化石墨烯/丝素蛋白膜片能较好地支持小鼠成纤维细胞(L929)和小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)的黏附、生长、增殖与分化，并且适量的氧化石墨烯及辛伐他汀对骨细胞表现出明显的促进作用；动物实验表明，植入的氧化石墨烯/丝素蛋白多孔膜对周围组织无毒性、无刺激性并且未产生炎症反应，氧化石墨烯与辛伐他汀可以发挥协同效应，以促进骨组织的再生，大鼠颅骨缺损处得到了一定程度的修复[48]。因此，氧化石墨烯/丝素蛋白膜片可作为一种新的材料用于引导性骨组织再生技术，促进牙槽骨修复以及牙周组织再生。 2.3.3   水凝胶体系   水凝胶应用于牙周组织再生的研究有十余年的历史[49]，已有研究评价了壳聚糖温敏水凝胶与牙周膜细胞的生物相容性，证实了壳聚糖温敏水凝胶可支持牙周膜细胞的三维培养，且无细胞毒性，为其应用于牙周组织工程提供了理论基础[50]。TAN等[51]将成胶因子Nap-Phe-Phe-Tyr-OH(NapFFY)与基质细胞衍生因子1和骨形态发生蛋白2共组装，形成了基质细胞衍生因子1/骨形态发生蛋白2/成胶因子水凝胶，大鼠牙周骨缺损再生实验表明，两种生物活性因子能同步并持续地从水凝胶中释放出来，相较于用基质细胞衍生因子1/成胶因子水凝胶或骨形态发生蛋白2/成胶因子水凝胶填充骨缺损部位，用基质细胞衍生因子1/骨形态发生蛋白2/成胶因子水凝胶填充骨缺损部位得到了最好的骨再生效果，其骨再生率可达到56.7%，大鼠牙周骨缺损区micro-CT结果也证实了新骨形成。因此，研究人员认为基质细胞衍生因子1/骨形态发生蛋白2/成胶因子水凝胶可替代自体骨移植，有望用于临床以修复牙周骨缺损和牙周辅助加速成骨正畸治疗。 人工合成的三嵌段共聚物可降解聚酯-聚乙二醇-可降解聚酯是一种反相温敏水凝胶，有学者将通过基因工程获取的载重组人釉原蛋白包裹于该水凝胶中，并在体外作用于人牙周膜成纤维细胞，实验结果显示，载重组人釉原蛋白水凝胶体系除了可以促进人牙周膜成纤维细胞向成骨细胞及成牙骨质细胞分化，还对人牙周膜成纤维细胞的增殖与黏附有很好的促进作用，且促进人牙周膜成纤维细胞增殖与黏附的效果优于单独应用重组人釉原蛋白[52]。另有学者使用壳聚糖、β-甘油磷酸钠和明胶制备可注射的温敏水凝胶，该水凝胶可连续释放阿司匹林和促红细胞生成素，且阿司匹林比促红细胞生成素释放更快，早期发挥抗炎作用，为后期促红细胞生成素促进牙周组织再生提供微环境[53]。该研究表明，该水凝胶缓释系统可有效控制牙周炎和促进牙周组织再生，在牙周炎的治疗中具有巨大应用潜力。 2.3.4   微纳药物缓释体系 脂质体体系：在牙周组织再生治疗中，脂质体体系的主要作用为传递抗炎药物和生物活性分子[54-55]。有学者通过实验证实，载生长因子脂质体可有效延长生长因子的释放及存留时间，促进牙槽骨愈合[56]。这项研究提示脂质体作为生长因子的缓释载体，可在前期保护生长因子不被蛋白酶水解或被机体吸收，发挥促进干细胞黏附、增殖、迁移、成骨向分化等效应，并且可避免生长因子大量释放导致机体感染等不良反应，由此实现促进牙周组织再生的作用。但是，脂质体不具有三维组织学特性，无法为再生组织提供机械支持，在牙周组织再生中应用受限，因此可将载生长因子的脂质体与支架结合，通过吸附或共价键结合的方式将脂质体固定于生物支架表面，为再生组织提供机械支持的同时提高生长因子的稳定表达和局部疗效，如脂质体-水凝胶体系和脂质体-纳米纤维体系[57-58]。 在脂质体-水凝胶体系中，脂质体的存在可以提供水凝胶体系对药物缓慢释放和响应性释放的效果，避免突释效应，增加局部药物浓度，减小毒副作用，改善药效；水凝胶的存在可以保护脂质体体系的完整性，提高其稳定性，扩展了脂质体应用范围[59]。目前，脂质体-水凝胶体系已引起了研究人员的广泛兴趣，WICKREMASINGHE等[60]使用多肽纳米纤维和脂质体成功制备了脂质体-水凝胶复合体，通过透射电镜负染色技术、低温透射电镜技术和扫描电镜成像验证了在脂质体的存在下，多肽纳米纤维也能自组装成水凝胶，且两个系统可以共存。另外，研究人员将表皮生长因子、重组人胎盘生长因子1、单核细胞趋化蛋白1分别进行荧光标记后包封在该脂质体-水凝胶复合体中，释放曲线表明该复合体释放生长因子的过程主要包括2个阶段：直接与水凝胶结合的生长因子在两三天内完全释放；包封在脂质体内的生长因子以恒定缓慢的速率释放，并且不同生长因子的释放互不影响。YU等[61]将基质细胞衍生因子1α包裹于脂质体中并将其嵌入甲基丙烯酸明胶中以形成纳米复合水凝胶，该系统能够实现基质细胞衍生因子1α的可控释放，在前3 d内基质细胞衍生因子1α以恒定的速率释放20%，之后以一个更快的速率恒定释放，释放的基质细胞衍生因子1α可调节间充质干细胞的细胞内信号传导和迁移行为，为促进组织再生提供可能。 脂质体-纳米纤维体系，即对纳米纤维膜表面进行化学改性使脂质体固定在其表面，或者利用同轴静电纺丝技术将脂质体整合入纳米纤维膜中。MONTEIR等[62]在负载转录因子2的脂质体-纳米纤维复合体上培养人骨髓源间充质干细胞，该体系不仅能在体外长期表达转录因子2基因，而且能显著提高转录因子2基因靶向性和转染率，促进基因早期高水平表达，因此可作为复合支架用于骨组织再生。 其他：聚合物胶束也可以和支架结合用于牙周组织再生的治疗。有学者利用薄膜水化法制备了负载免疫抑制剂的聚乙二醇-聚己内酯两嵌段共聚物胶束，并通过静电纺丝技术将其置于明胶纳米纤维膜中构成载胶束纳米纤维膜，对照组为空白纤维膜，实验组为载胶束纳米纤维膜，分别与脂多糖诱导的牙周膜细胞共培养后，检测炎症相关因子基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9及炎症相关蛋白的表达水平，结果显示实验组炎症因子和炎症蛋白的表达明显得到抑制，充分证实了负载免疫抑制剂的胶束纳米纤维膜具有理想的抗炎效果，为牙周炎的治疗提供了新的策略，也为其在牙周组织再生领域的应用提供了新思路[63]。解健等[64]利用嵌段共聚物普朗尼克制备了白藜芦醇胶束，通过同轴静电纺丝技术制备了具有芯-壳结构的纳米纤维膜，将白藜芦醇胶束负载于纳米纤维的壳层、骨形态发生蛋白2负载于芯层。细胞学实验表明，该系统能显著下调牙周膜细胞炎症因子白细胞介素1β、白细胞介素8、基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9的表达，并促进骨髓间充质干细胞成骨相关基因骨钙素、转录因子2的表达；动物实验表明，该系统能显著促进根分叉缺损区域的骨再生。 在牙周组织再生领域，微球也有广泛的应用前景。有学者将胶原支架和含有碱性成纤维细胞生长因子的明胶微球组成的药物缓释系统植入到比格犬牙槽骨缺损处，发现该系统在植入后4周内能稳定地释放碱性成纤维细胞生长因子，促进牙周组织内毛细血管的增生和新骨的形成[65]。另有学者将采用静电纺丝技术制备而成的聚乳酸-羟基乙酸电纺膜包裹在牙根表面，然后在其表面滴加含基质细胞衍生因子1的壳聚糖微球，在其外层包裹聚乳酸-羟基乙酸电纺膜，从而形成聚乳酸-羟基乙酸-壳聚糖微球-聚乳酸-羟基乙酸膜；此模型可黏附于牙根表面，并缓释生长因子，是一种三维牙周仿生膜，为脱位牙牙周组织再生提供了新的研究方向[66]。"