DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.114955
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42097227
تاريخ النشر: 2026-05-05
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: الهيدروجيل: التخليق، الخصائص، التطبيقات
نظرة عامة
تتناول الدراسة تحدي التهاب المحيط المزمن حول الزرعات السنية، الذي ينشأ من العدوى والالتهاب عند واجهة الدعامة/اللثة. تتفاقم هذه الحالة بسبب عدم قدرة الزرعات على تكرار الأنسجة الرخوة الغنية بالكولاجين الموجودة في الأسنان الطبيعية. تعقد طرق العلاج الحالية، التي تعتمد غالبًا على المضادات الحيوية الجهازية ومثبطات الكولاجيناز، الإدارة السريرية. لتبسيط هذه العملية، استكشف الباحثون نظام إطلاق دواء محلي محكوم باستخدام الدوكسيسيكلين المحمّل في هيدروجيل كولاجين يحتوي على أوليغومرات محصورة من γ-سايكلودكسترين (CD).
أدى دمج أوليغومرات γ-سايكلودكسترين إلى تحسين كبير في سعة تحميل الدواء، مما زاد من الكمية القابلة للإفراج عن الدوكسيسيكلين بنسبة 220% مقارنة بهيدروجيل الكولاجين القياسي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل معدل إطلاق الدوكسيسيكلين بمقدار خمسة أضعاف، كما تم نمذجته باستخدام مجموعتين من الأسية. ومن الجدير بالذكر أن أكثر من نصف الدوكسيسيكلين الذي تم إطلاقه من نظام الكولاجين/سايكلودكسترين جاء من مكون سايكلودكسترين. تشير هذه النتائج إلى أن الجمع بين أوليغومرات سايكلودكسترين القابلة للذوبان القصيرة مع هيدروجيل كولاجين من النوع الأول يمكن أن يؤدي إلى تحسين استراتيجيات العلاج لأمراض المحيط حول الزرعات، والتي لا تزال غير معالجة بشكل كافٍ في الممارسة السريرية الحالية.
مقدمة
تستعرض المقدمة التحديات المرتبطة بالزرعات السنية الحالية، وخاصة فشلها في تكرار الحاجز النسيجي الطبيعي الذي توفره واجهة الألياف الكولاجينية بين الأسمنت والعظم السنخي. على الرغم من معدل نجاح عام مرتفع يزيد عن 97%، تؤثر مضاعفات مثل التهاب الغشاء المخاطي حول الزرعة والتهاب المحيط حول الزرعة على 19-65% من المرضى، مما يؤدي إلى مشاكل جمالية ووظيفية كبيرة. تؤكد الزيادة في انتشار هذه المضاعفات، إلى جانب النمو السنوي المتوقع بنسبة 10% في سوق الزرعات السنية، على الحاجة الملحة لحلول محسّنة تقلل من العدوى والالتهاب دون عيوب المضادات الحيوية الجهازية أو التدخلات الجراحية الغازية.
لمعالجة هذه القضايا، تقترح الدراسة نظام إطلاق دواء مبتكر يستخدم أوليغومرات سايكلودكسترين المدمجة داخل مصفوفة هيدروجيل كولاجين. يهدف هذا النظام إلى تعزيز توصيل الدواء المحلي، مستهدفًا بشكل خاص إطلاق الدوكسيسيكلين، من خلال الاستفادة من الخصائص الكارهة للماء لسايكلودكسترين لتحميل الدواء بناءً على الألفة. تفترض الأبحاث أن دمج سايكلودكسترين سيحسن بشكل كبير تحميل الدواء ويطيل الإطلاق مقارنة بهيدروجيل الكولاجين القياسي. يتضمن التصميم التجريبي ثلاث مجموعات عينة—هيدروجيل كولاجين محمّل بسايكلودكسترين، هيدروجيل كولاجين نقي، وسايكلودكسترين بوليمري نقي—لتقييم كمية ومعدل إطلاق الدواء، بهدف توضيح مساهمات كل مكون في الفعالية العامة لنظام توصيل الدواء.
طرق
تستعرض قسم “طرق” من ورقة البحث التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة للتحقيق في سؤال البحث. استخدمت الدراسة نهجًا كميًا، يتضمن تحليلات إحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. شملت المنهجيات المحددة تجارب مختبرية محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة آثارها على النتائج ذات الصلة.
شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية، تلتها اختبارات إحصائية صارمة لتقييم دلالة النتائج. تم استخدام تقنيات مثل تحليل الانحدار وANOVA لتحليل العلاقات بين المتغيرات، مما يسمح بفهم شامل للأنماط والاتجاهات الأساسية. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والشفافية في عملية البحث، موضحًا البروتوكولات المتبعة للحفاظ على نزاهة النتائج.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم ملفات إطلاق الدوكسيسيكلين من نوعين من هيدروجيل الكولاجين—كولاجين نقي وكولاجين مختلط مع أوليغومرات سايكلودكسترين—مقابل معيار من أفلام سايكلودكسترين بوليمرية غير قابلة للذوبان. تم تحميل الهيدروجيل بالدوكسيسيكلين، وتم مراقبة الإطلاق على مر الزمن. نظرًا لأن الدوكسيسيكلين له affinities ربط لكل من الكولاجين وسايكلودكسترين، قام الباحثون بنمذجة ملفات إطلاق كل مكون بشكل منفصل لتحديد خط الأساس.
تم اشتقاق معاملات الربط لسايكلودكسترين (BCD) والكولاجين (Bcoll) من ملفات الإطلاق الفردية، كما هو موضح في المعادلة 1. ثم تم استخدام هذه المعاملات لتطوير نموذج لنظام الكولاجين/سايكلودكسترين المدمج، مما يسمح بتغيير المعاملات للنظام المدمج (ACD وAcoll) لتقييم إطلاق الدوكسيسيكلين من كل حجرة بشكل كمي. مكن هذا النهج من فهم مفصل لديناميات إطلاق الدواء في سياق نظام الهيدروجيل المختلط.
مناقشة
يؤدي دمج أوليغومرات γ-سايكلودكسترين في هيدروجيل الكولاجين إلى تعزيز كبير في تحميل وإطلاق الدوكسيسيكلين بشكل محكوم. على وجه التحديد، أطلق الهيدروجيل الذي يحتوي على سايكلودكسترين متوسط 3.6 ملغ من الدوكسيسيكلين، مما يمثل زيادة بنسبة 220% مقارنة بهيدروجيل الكولاجين النقي، الذي أطلق فقط 1.6 ملغ. تُعزى هذه الزيادة إلى قدرة سايكلودكسترين على ربط الدوكسيسيكلين، مما يسهل ملف إطلاق أكثر استدامة. أظهرت بيانات الإطلاق التراكمية انفجارًا أوليًا خلال الـ 24 ساعة الأولى، تلاها إطلاق مطول على مدى 11 يومًا، متسقًا مع الدراسات السابقة حول أنظمة الكولاجين وسايكلودكسترين.
كشفت النمذجة الرياضية أن ديناميات الإطلاق من نظام الكولاجين/سايكلودكسترين يمكن وصفها بنموذج مزدوج الأسية، مما يشير إلى أن 56% من إطلاق الدوكسيسيكلين جاء من سايكلودكسترين و43% من الكولاجين. يشير هذا إلى أن مكون سايكلودكسترين يلعب دورًا حاسمًا في تعديل معدل الإطلاق، الذي وُجد أنه أبطأ بخمس مرات من ذلك الخاص بهيدروجيل الكولاجين النقي. تتضمن الآلية المقترحة دورة من ربط الجزيئات وفك الارتباط داخل شبكة سايكلودكسترين، مما يسمح بإطلاق أكثر تحكمًا مقارنة بالانتشار فقط. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانية استخدام أوليغومرات سايكلودكسترين في أنظمة توصيل الأدوية المعتمدة على الكولاجين، وخاصة لمعالجة أمراض المحيط حول الزرعات.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.114955
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42097227
Publication Date: 2026-05-05
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Hydrogels: synthesis, properties, applications
Overview
The study addresses the challenge of chronic peri-implantitis in dental implants, which arises from infection and inflammation at the abutment/gingiva interface. This condition is exacerbated by the inability of implants to replicate the collagen-rich soft tissue found in natural teeth. Current treatment methods, which often rely on systemic antibiotics and collagenase inhibitors, complicate clinical management. To simplify this process, the researchers explored a localized controlled drug-release system using doxycycline loaded into a collagen hydrogel that contains entrapped oligomers of γ-cyclodextrin (CD).
The incorporation of γ-cyclodextrin oligomers significantly enhanced the drug loading capacity, increasing the releasable amount of doxycycline by 220% compared to standard collagen hydrogels. Additionally, the release rate of doxycycline was reduced by a factor of five, as modeled using a sum of two exponentials. Notably, over half of the doxycycline released from the collagen/cyclodextrin system originated from the cyclodextrin component. These findings suggest that the combination of short soluble oligomers of γ-cyclodextrin with type I collagen hydrogels could lead to improved treatment strategies for peri-implant diseases, which remain inadequately addressed in current clinical practice.
Introduction
The introduction outlines the challenges associated with current dental implants, particularly their failure to replicate the natural tissue barrier provided by the collagenous fiber interface between cementum and alveolar bone. Despite a high overall success rate of over 97%, complications such as peri-implant mucositis and peri-implantitis affect 19-65% of patients, leading to significant aesthetic and functional issues. The increasing prevalence of these complications, coupled with the projected 10% annual growth of the dental implant market, underscores the urgent need for improved solutions that mitigate infection and inflammation without the drawbacks of systemic antibiotics or invasive surgical interventions.
To address these issues, the study proposes a novel drug release system utilizing γ-cyclodextrin oligomers embedded within a collagen hydrogel matrix. This system aims to enhance local drug delivery, specifically targeting the release of doxycycline, by leveraging the hydrophobic properties of cyclodextrin for affinity-based drug loading. The research hypothesizes that the incorporation of cyclodextrin will significantly improve drug loading and prolong release compared to standard collagen hydrogels. The experimental design includes three sample groups—cyclodextrin-loaded collagen hydrogels, pure collagen hydrogels, and pure polymerized cyclodextrin—to evaluate the amount and rate of drug release, with the goal of elucidating the contributions of each component to the overall efficacy of the drug delivery system.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the experimental design and analytical techniques employed to investigate the research question. The study utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled laboratory experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity, followed by rigorous statistical testing to assess the significance of the results. Techniques such as regression analysis and ANOVA were employed to analyze the relationships between variables, allowing for a comprehensive understanding of the underlying patterns and trends. The section emphasizes the importance of replicability and transparency in the research process, detailing the protocols followed to maintain the integrity of the findings.
Results
In this study, the release profiles of doxycycline from two types of collagen hydrogels—pure collagen and collagen mixed with cyclodextrin oligomers—were evaluated against a benchmark of insoluble polymerized cyclodextrin films. The hydrogels were loaded with doxycycline, and the release was monitored over time. Given that doxycycline has binding affinities for both collagen and cyclodextrin, the researchers modeled the release profiles of each component separately to establish a baseline.
The coefficients for binding to cyclodextrin (BCD) and collagen (Bcoll) were derived from the individual release profiles, as described in Equation 1. These coefficients were then utilized to develop a model for the combined collagen/cyclodextrin system, allowing for the variation of the coefficients for the combined system (ACD and Acoll) to quantitatively assess the doxycycline release from each compartment. This approach enabled a detailed understanding of the drug release dynamics in the context of the mixed hydrogel system.
Discussion
The incorporation of γ-cyclodextrin oligomers into collagen hydrogels significantly enhances the loading and controlled release of doxycycline. Specifically, hydrogels containing cyclodextrin released an average of 3.6 mg of doxycycline, representing a 220% increase compared to pure collagen hydrogels, which released only 1.6 mg. This increase is attributed to the cyclodextrin’s ability to bind doxycycline, facilitating a more sustained release profile. The cumulative release data demonstrated an initial burst within the first 24 hours, followed by a prolonged release over 11 days, consistent with previous studies on collagen and cyclodextrin systems.
Mathematical modeling revealed that the release dynamics from the collagen/cyclodextrin system could be described by a double-exponential model, indicating that 56% of the doxycycline release originated from cyclodextrin and 43% from collagen. This suggests that the cyclodextrin component plays a crucial role in modulating the release rate, which was found to be five times slower than that of pure collagen hydrogels. The proposed mechanism involves a cycle of ligand docking and dissociation within the cyclodextrin network, allowing for a more controlled release compared to diffusion alone. These findings highlight the potential of using cyclodextrin oligomers in collagen-based drug delivery systems, particularly for addressing peri-implant diseases.