自固化磷酸鈣復合材料輔助即刻種植的實驗研究

李萬韜 王天玨 李元 吳迪 張述寅 莫靜珍 胡開進 周宏志

拔牙后即刻植入種植體可保存牙槽嵴高度和寬度，減少手術次數，早期恢復咀嚼功能及美觀［1］。大量研究已證實即刻種植的可靠性［2］，但即刻種植體與牙槽窩壁之間的空隙對其初期穩定性或后期愈合的可能影響仍是困擾臨床實踐的主要問題［3－5］。骨移植可有效解決這些問題，使用人工合成骨替代材料則可以避免自體骨移植引起的供區創傷，目前骨替代材料的成骨效率和使用標準仍有爭議［6－7］，有必要利用組織工程技術在材料的形態結構、力學性質、和生物活性構建等方面作出更多的嘗試和研究［8］。

自固化磷酸鈣(calcium phosphate cement，CPC)粉體與水混合后的漿體(糊體)具有可塑性乃至可注射性，便于充填不規則骨腔;可在人體溫濕度環境中自行固化，形成較好的負載強度;固化反應產生類似骨無機質的羥磷灰石等結晶，具有良好生物相容性和骨引導能力［9］;可混入生物活性分子制備具有骨誘導能力的復合材料［10］。基于這些特性，本研究探討利用一種新型CPC復合材料輔助即刻種植，材料中加入P物質 (Substance P，SP)使具備骨誘導活性，加入膠原海綿以增強孔隙結構［11］，通過體內實驗測量觀察CPC復合材料對即刻種植體初期穩定和后期骨愈合的作用。

1 材料與方法

1.1 CPC復合材料的構建

CPC(商品名:瑞邦骨泰)【國食藥監械(準)字2013第3460199號，上海瑞邦生物材料有限公司】，為Ca4［PO4］2O和CaHPO4等摩爾混合物;合成 SP(上海生工公司)，氨基酸序列RPKPQQFFGLM-NH2(純度＞98%);制備3%(W/V)鼠尾I型膠原溶液，－20℃真空凍干得到1 mm厚膠原海綿，剪為1 mm×1 mm×1 mm顆粒。將SP以10－3mol/L濃度溶于雙蒸水，按照2/1的粉/液比將CPC粉與SP溶液混合調拌制備漿體，將膠原海綿顆粒以30%體積比混入，固化后獲得CPC復合材料;對照組材料采用CPC與雙蒸純水調拌制備;掃描電鏡(卡爾萊司公司，德國)觀察材料斷面超微結構。

1.2 CPC復合材料輔助固定種植體的穩定性體外測試

自凝樹脂制備上頜尖牙牙槽窩模型，填入CPC復合材料或對照單純CPC材料(n=5)，再將牙種植體(10 mm×3.5 mm，Camlog公司，德國)植入材料中央部分，37℃/100%濕度條件下自固化24 h;采用種植體穩定性測量儀 (ISQ，Osstell公司，瑞典)測量種植體ISQ值;采用萬能材料試驗機 (島津公司，日本)，通過拔出試驗測量牙種植體脫位最大阻力，拔出加載速度1 mm/min，拔出距離2 mm。

1.3 CPC復合材料包被種植體的骨愈合能力觀察

采用健康成年雄性新西蘭白兔(6～8月齡，3.5～4 kg體重，第四軍醫大學實驗動物中心提供)，全麻下無菌手術制備股骨骺拔牙窩模型:左股骨下端區域切開皮膚和軟組織直至骨面，剝離附著肌肉肌腱暴露骨骺，用圓筒形鉆頭以160～180圈/s速度制備直徑8 mm/深度6 mm種植窩;采用直徑4 mm/長度6 mm純鈦實驗種植體(西安邦鈦生物材料有限公司)，包裹CPC復合材料或單純CPC材料，植入預備好的種植窩(圖1)，分層縫合傷口;圍手術期每日肌注青霉素4 WU/kg共7 d，觀察記錄動物恢復情況。

圖1 體內植入(CPC)材料包被的種植體Fig 1 In vivo placement of CPC material packed experimental implant

術后4、8周分批處死取材左股骨骨骺，10%中性緩沖福爾馬林液固定48 h，PBS沖洗，70%乙醇保存;使用高分辨率Micro-CT(Inveon，德國西門子公司)掃描、以實驗種植體中軸為中心三維重建8 mm×6 mm圓柱體，精度40μm，觀察種植體周圍材料降解與新骨再生情況。標本脫水，樹脂包埋，硬組織切片，VG染色，觀察種植體骨結合情況。

1.4 統計方法

采用 SPSS 17.0統計軟件行方差分析，P＜0.05時認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 復合材料內部結構

SEM顯示，單純CPC材料微孔隙多為數微米直徑，無超過50μm孔隙;CPC復合材料中膠原海綿基本保持原有形態，從而在CPC內部構建出大孔隙(約300μm)結構。同時，混入SP沒有改變CPC的微晶體結構(圖2)。

2.2 體外測試種植體穩定性

CPC復合材料易于填充入模型牙槽窩不規則的空腔中，材料固化后可將種植體固定在牙槽窩內。X線片示材料可緊密填充種植體周圍間隙，與種植體螺紋及牙槽窩壁貼合良好(圖3)。

圖2 CPC對照組(A)和CPC復合材料(B)SEM圖像(×300)Fig 2 SEM images of CPCcontrol(A)and CPC-composite(B)(×300)

種植體ISQ值測量對照組為74.5±2.8，實驗組68.8±1.9(P ＜0.05)。種植體拔出試驗中，由單純CPC組的種植體的拔出阻力峰值為(96.9±3.3)N，CPC復合材料組的種植體為(74.1±3.6)N(P＜0.05)。研究采用小于牙槽窩的牙科種植體，未預備種植孔，完全由實驗材料充填固定，因此，牙槽窩模型的材料性質對2種力學測試不構成影響，且初期穩定性均較高。

2.3 體外觀察種植體骨愈合

Micro-CT影像顯示，術后4周對照組CPC材料基本保持其原有輪廓，術后8周有少量降解，但未見到明確的新骨長入材料降解區表現;實驗組CPC復合材料術后4周即有顯著降解，并可見骨小梁長入材料降解的空間，術后8周材料已被新骨取代，可見大量骨小梁附著于種植體表面(圖4)。

硬組織切片證實，實驗組CPC復合材料包被的種植體術后8周實現骨結合，可見結構成熟的新生骨小梁直接接觸種植體，而對照組有大量CPC材料位于種植體周圍，材料與骨組織之間界限明顯，無活躍骨再生表現(圖5)。

圖3 體外測試CPC材料包埋種植體的初期穩定性Fig 3 In vitro measurement of primary stability of CPC material packed dental implant

3 討論

理想的骨替代生物材料應滿足4項基本要求:能夠植入不規則骨腔隙，能夠與骨面和種植體表面形成密切接觸，能夠承受一定負載，能夠促進新骨再生。單種材料難以滿足這些要求，為此，需要利用再生醫學技術構建復合材料，使其不僅具備良好的物理化學性質，還要具備良好的生物相容性、骨引導/誘導活性以及材料內部孔隙結構等關鍵要素。

圖4 Micro-CT圖像Fig 4 Micro-CT images

A:CPC對照組;B:CPC復合材料組圖5 硬組織切片染色顯示組織學特征 (×10)A:CPC control;B:CPC CompositesFig 5 Histology of hard tissue slices (×10)

單純CPC材料能夠基本滿足上述4項要求中的前3項，可用于對骨再生速度要求不高的腔狀骨缺損的替代修復。但在即刻種植條件下，對于材料降解和新骨長入的同步性有很高的要求，以保證骨愈合過程中種植體有持續的穩定性。神經遞質P物質 (SP)可以動員骨髓間充質干細胞，誘導新骨生成和血管生成［12］。本實驗采用SP活化CPC，以構建更強的骨再生誘導能力［11］，并且將膠原海綿混入CPC漿體固化構成多孔復合材料，以改善CPC孔隙結構，增強SP緩釋。體外測試表明，CPC復合材料充填固定的種植體拔出阻力低于對照組，但仍達到74 N左右，拔出牙種植體時施加的力通過種植體螺紋傳遞并轉化為對充填固定材料的剪切力和壓縮力。近似于牙種植體咀嚼活動中充填材料受力的性質，其數值大于咀嚼花生時的牙根受力(57.7+/35.7 N)，ISQ測試值也接近常規延期種植的種植體ISQ值，保證較高的初期穩定性［13］。體內實驗表明，CPC復合材料的降解吸收和新骨長入以較快的速度同時發生，種植體可保持持續的穩定性，并在8周內實現骨結合。本研究中，種植體由自固化材料充填 (或包被)固定于牙槽窩或實驗性拔牙窩內，其初期穩定性和后期愈合能力得到初步證實，但其后期的穩定性還有待下一步實驗的證實。

綜上所述，自固化磷酸鈣復合材料輔助即刻種植，可以簡化拔牙后種植體植入過程，并避免級差鉆孔可能引起的高溫骨損傷或壓迫性骨損傷，在許多復雜病例中，如根尖區骨缺損、或牙槽窩底貼近下頜神經管/上頜竇等，無法采用常規預備種植孔洞，這種將種植體直接植入原有牙槽窩、通過填充材料固定的方法可能具有更為獨特的優勢［14－15］。

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