牙周組織工程人工骨支架材料研究進展

余曉宏 綜述 稅艷青 審校

牙周組織再生治療是在組織工程學原理之下提出的，它的定義是修復或重建因炎癥導致軟硬組織喪失或損傷的牙周組織，使缺損的牙周組織的形態結構和功能得到恢復。其基本方法是將體外培養的支架材料－種子細胞－生長因子復合物植入牙周組織缺陷部位促進軟硬組織的再生及修復，從而達到重建牙周支持組織及牙周組織功能恢復的目的。支架材料是牙周組織工程的三要素之一［1］，同時也是牙周組織工程進展的重要前提及目前研究的重點。

牙周植骨術則是以牙周組織再生治療為基礎發展起來的，它采用骨或骨替代品等移植材料植入骨缺損區以促進新骨形成，誘導缺損部位的骨再生和新附著形成，恢復牙槽骨的解剖形態，從而達到牙周組織再生的目的。目前臨床用于植骨術中的支架材料主要有三大類：人工合成材料，如聚乳酸、聚羥基乙酸及聚合物、羥基磷灰石及生物活性玻璃等；天然生物衍生材料，如天然骨、膠原及珊瑚等；復合材料，如原納米羥基磷灰石和膠原凝膠復合煅燒骨等。本文就牙周組織工程人工骨支架材料的研究進展情況作一綜述。

1 人工骨支架材料

1.1 聚乳酸和聚羥基乙酸

聚乳酸（polylactic acid，PLA）和聚羥基乙酸（polyglycolic acid，PGA）具有優良的生物相容性、機械強度、彈性模量和熱成型性，在體內降解為二氧化碳和水，對機體無毒無害［2］，因其降解產物無毒及良好的生物相容性，已廣泛用作牙周組織工程支架材料。Polimeni等［3］對21只實驗性顱骨缺損成年雄性鼠進行實驗研究，其中實驗組選用15只大鼠接受PLA膜植入并與對照組未植入PLA膜的大鼠進行比較，結果顯示實驗組大鼠在處死后取出的PLA膜上有大量的新骨生成，同時發現PLA膜在植入12個月內不會完全被降解，這為組織再生提供了足夠的時間，但是研究發現PLA膜在動物體內降解過程會引起異物反應。對于PLA、PGA在動物體內存在著引起鄰近軟組織無菌性炎癥的問題有研究認為將PLA、PGA及其共聚物與其他材料相復合，形成復合材料，發揮各自優勢，取長補短，可以為此類支架材料在組織工程學中的應用提供新的方向［4］。Chhabra等［5］將 PLA與 PGA以50∶50比例形成的共聚物（PLGA）單獨或與聚糖乳酸910（Polyglactin 910）聯合應用于臨床實驗，選擇40名牙槽骨垂直吸收的牙周病患者在牙周基礎治療進入穩定期后進行GTR、GBR手術，結果證明兩者對垂直吸收的牙槽骨療效顯著。

1.2 羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）及納米羥基磷灰石（Nano-Hydroxyapatite，nHA）

HA是一種由生物磷酸鈣人工合成材料，它廣泛地存在于人體和動物骨骼中，由于其化學穩定性和生物相容性，因此可用于牙周植骨術中。Rastogil等［6］利用HA與富血小板纖維蛋白膜（Platelet-rich fibrin，PRF）治療伴有垂直缺損的深牙周袋，結果表明牙周袋變淺、附著水平增加及影像學顯示有新生骨質形成，實驗利用PRF解決了骨支架材料缺乏骨誘導的缺點，并且發現HA在與來自血液的各種生長因子結合后可促進了牙周的快速再生。Okuda等［7］將體外培養骨膜與HA顆粒和富血小板血漿聯合應用于治療牙槽骨垂直吸收的牙周缺損中，實驗選擇了22位患有牙槽骨垂直吸收的牙周病患者進行植骨手術，并通過影像學觀察五年，結果顯示大量新生骨質和骨小梁形成。

但由于HA降解性能差，在人體內降解速度慢，再加上其脆性大，因此，在組織工程中的應用有一定的局限性。隨著納米技術的發展，nHA隨之出現，其在納米結構上與天然骨極為接近，具有優良的生物可降解性及合適的降解速率，解決了HA降解性能差及降解速度慢的問題。

有學者證明nHA有作為治療藥物載體的潛能，可控制細胞內、外藥物在體內的釋放，同時它在體內有高吸收力有利于骨組織再生［8］。Kasaj等［9］發現人牙周膜成纖維細胞能在nHA上牢固附著、增殖。Uskokovi＇c-等［8］發現nHA可通過Ca2＋作為藥物在細胞內外傳遞的載體而起治療作用，并且可以接合可吸收材料運用于牙周植骨術中。Suto等［10］證實了nHA通過在人牙周膜細胞中的p38促分裂原活化蛋白激酶依賴途徑中可促進骨形成蛋白-2（Bone morphogenetic protein-2，BMP-2）的表達，而BMP-2已被研究表明可促進人牙周膜細胞中的成骨細胞分化，在牙周再生中起重要作用［11］。

1.3 β-磷酸三鈣（β-tricalcium phosphate，β-TCP）

β-TCP作為一種是由鈣、磷合成的生物活性陶瓷材料，在臨床中通常作為骨移植填充物（bone graft extender），在血供豐富的受植區（如顱頜面部）或者與自體骨碎末或骨髓抽提物混合移植，均能獲得很好的成骨效果［12］。β-TCP已經被證實為有潛力的骨替代品，具有良好的骨傳導性能和促骨形成能力［13］。

有研究表明脂肪干細胞植入β-TCP中體外培養可誘導成骨分化［14］。還有學者體外實驗研究BMP-2和地塞米松對大鼠牙囊細胞植入β-TCP支架上的影響，結果顯示BMP-2和地塞米松聯合作用可以顯著促進大鼠牙囊細胞在 β-TCP支架上的成骨分化［15］。Bormann等［16］將 β-TCP植入 BALB／c小鼠實驗性顱蓋骨內，用活體熒光顯微鏡觀察到骨代替品植入小鼠體內導致輕微炎癥，但在22 d內支架完全血管化，12周內骨性結合。

但β-TCP本身脆性較大，機械性能低，在臨床應用中存在局限。目前，學者將β-TCP與其他材料復合來弱化其缺點，強化其優點。有研究表明β-TCP在占40%時與納米膠原纖維在細胞活性方面有協同作用，可提高其吸水性、親水性、細胞黏附率及增殖速度［17］。另外，HA與β-TCP還能合成雙相磷酸鈣（BCP）骨修復生物陶瓷，其可通過調節HA／β-TCP的比例控制降解速率適應細胞生長速率，且其降解產物鈣、磷離子的釋放有利于類骨磷灰石的沉積，促進新骨形成，且能與骨組織形成化學鍵合。

1.4 生物活性玻璃（bioactive glass，BG）

BG是60年代末由Hench等［18］開發的一種硅酸鹽玻璃骨替代材料，并且已經被應用于牙周骨組織缺損的治療。BGs在植入牙周缺損組織后可釋放可溶性硅、鈣、磷和鈉離子與細胞中的鈣磷離子在玻璃離子界面和骨面上反應，并引起骨傳導和骨誘導，最終在骨面上形成羥基磷灰石層，有利于骨組織的修復，這為臨床修復牙周缺損骨組織提供依據［19－23］。有學者研究表明可通過調節BG中CaO含量來控制其在組織內的降解速度，并且發現BG降解過程不會引起組織發生炎癥反應［24］。Katuri等［25］通過臨床指標和 X線檢查來評估脫鈣凍干異體骨（demineralized freeze dried bone allograft，DFDBA）及BG的功效，實驗對10位無系統性疾病被確診為慢性牙周炎的患者進行牙周基礎治療后，選擇雙側垂直骨吸引部位手術治療并分別植入DFDBA和BG，進行為期6及12個月的觀察，結果顯示兩種材料之間有顯著差異，其中植入DFDBA部位與植入BG部位的牙周指數對比有更明顯改善。

但是BG脆性高、機械強度低、生物可靠性不明確，這使得BG的發展有待完善，最終達到類似骨的機械性質。近年來，與皮質骨抗壓強度相似的生物活性玻璃已經出現，使其可被應用于負重部位的骨缺損［26］。另外，也有研究將BG與nHA復合來減少BG的缺點，取得了明顯的骨增量和骨整合的效果［27］。

2 展望

人工骨支架材料應用于牙周組織缺損的修復、再生有著巨大的潛力和廣闊的前景，各種支架材料各有優缺點，機體組織結構是復雜的，要完整地構建牙周組織這種既有軟組織又有硬組織的復合組織，支架材料的選擇仍是一個亟待解決的難題。筆者認為多種材料復合成的材料及材料的納米技術是牙周組織工程支架材料的研究方向。通過材料的不同性能并結合生長因子的調節來控制牙周膜細胞的多向分化，并最終實現真正意義上的牙周組織結構和功能的再生則是目前值得深入研究的課題。

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