脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)的性能及臨床應(yīng)用進展

李彧,馬宇鋒,2，邢盼盼

(1山西醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院,太原030000;2山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院)

在牙周、牙體牙髓、口腔頜面外科方向，各種病因造成的骨量缺損，給臨床工作及患者的康復帶來巨大挑戰(zhàn)，因骨缺損而植骨的患者數(shù)量多、需求大，研發(fā)性能優(yōu)異的植骨材料及提高供應(yīng)量，是每個口腔臨床研究者和醫(yī)生迫切需解決的問題。目前常用的植骨材料包括自體骨、同種異體骨、異種骨、人工合成材料，自體骨由于其本身富含多種生長因子具有骨誘導性和支架作用，且不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，因而被認為是植骨的“金標準”[1]，但因其來源于患者本身，擴大第二術(shù)區(qū)會再次增加患者的痛苦及手術(shù)風險。異種骨是從動物身上通過一系列特殊工藝獲得的移植組織，理化性質(zhì)接近人骨組織，且來源廣泛，但本身不具備骨誘導性且不能完全消除疾病傳播(牛海綿狀腦病)及移植物排斥反應(yīng)的風險[2]。人工合成材料因其有不同的制作方法，具有不同的理化性質(zhì)，但其本身非生物性材料并不具有骨誘導作用，且造價成本高昂。作為同種異體骨的脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)(DDM)經(jīng)問世以來，由于其出色的結(jié)構(gòu)特點和性能，已成為一種應(yīng)用廣泛的植骨材料。現(xiàn)將DDM的性能及臨床應(yīng)用進展綜述如下。

1 DDM的組成與結(jié)構(gòu)

DDM由人類的牙齒制成，如拔除的第三磨牙或因牙周病脫落的牙齒等，將這些牙齒經(jīng)脫礦、沖洗、凍干、消毒等復雜工藝[3]便制成富含多種生長因子及其載體的復合物[4]。在基本構(gòu)成方面，牙本質(zhì)與骨非常相似，它們都是由65%的無機物與35%的有機物和水組成，其內(nèi)部含有諸多生長因子如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子-β、胰島素樣生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等。其中具有單獨且最有效促進骨誘導作用的生長因子BMPs，是由Urist[5]于1965年將脫鈣骨基質(zhì)植入鼠股肌內(nèi)從而異位誘導生成骨組織，在此研究基礎(chǔ)上深入分析脫鈣骨基質(zhì)中的成分，發(fā)現(xiàn)其中一種具有誘導骨組織生成的特殊物質(zhì)并將其定義為BMPs。BMPs是一種酸性多肽，對胰蛋白酶及糜蛋白酶敏感,耐核酸酶及膠原酶等大部分蛋白酶，在酸性環(huán)境下易存活，當pH>8.5時易失活，除了具有誘導骨與軟骨生成外，在誘導骨骼肌、脂肪組織、牙體、毛囊、多能干細胞、腎臟組織等一系列組織器官中均有重要作用[6]。

目前DDM具有粉末和塊狀兩種不同形式，而在臨床中主要應(yīng)用粉末狀形式，通過將牙本質(zhì)粉碎成300～800 μm大小的顆粒制備而成[7]。Kim等[7]通過掃描電鏡及ED分析DDM的結(jié)構(gòu)元素觀察發(fā)現(xiàn)其含有五種不同的生物磷酸鈣，包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、磷酸八鈣、無定形磷酸鈣和脫水磷酸二鈣，這五種磷酸鈣相互作用參與誘導骨組織再生和改建。

雖然DDM的制作過程會經(jīng)過酸蝕脫礦等，但Carvrloh等[8]報道新鮮的牙本質(zhì)在制作脫礦過程中不會破壞其生物學活性。天然牙本質(zhì)有許多直徑為1.2～2.5 nm的牙本質(zhì)小管，經(jīng)脫礦處理會放大牙本質(zhì)小管松動膠原蛋白基質(zhì)，成為釋放成骨細胞生長因子所必需的蛋白質(zhì)通道，還會增加材料表面粗糙度，增加血液及其他體液對材料的吸收利用能力。根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學協(xié)會的定義，內(nèi)部孔徑在2～50 nm的材料被稱為介孔材料，掃描電鏡下觀察DDM[7]，發(fā)現(xiàn)其屬于介孔材料。由于介孔材料的內(nèi)表面和孔隙適合內(nèi)部成分與外界物質(zhì)的交流，是理想載體所應(yīng)具備的性質(zhì)。

2 DDM的特殊性能

2.1 骨誘導性 在探究DDM自身骨誘導性的研究中，Bakhshalian等[9]在兔顱骨缺損處采用DDM行引導性骨組織再生術(shù)并設(shè)立空白對照組，觀察到所有時間點植入DDM組所形成的新骨厚度均高于未植入組，且無任何免疫排斥或感染狀況出現(xiàn)，DDM組的堿性磷酸酶活性均高于空白對照組，表明其新骨生成率或轉(zhuǎn)換率較高。在非骨組織區(qū)域異位成骨效果研究中，楊勝銀等[10]在兔雙側(cè)脊肌區(qū)制作肌袋并植入DDM，通過不同時期切片觀察到實驗組植入的DDM周圍肌組織中的堿性磷酸酶、CD44以及膠原纖維含量相對于對照組明顯增多，并在第4周時出現(xiàn)新生骨樣基質(zhì)，第20周觀察到新生軟骨樣基質(zhì)和明顯的礦化區(qū)。楊禾豐等[11]將脫礦處理的牙本質(zhì)基質(zhì)與骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)培養(yǎng)后，檢測結(jié)果顯示DDM促進BMSCs增殖速率較空白對照組明顯升高，且Ⅰ型膠原蛋白、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子-2表達量亦明顯增高，表明DDM促進BMSCs增殖及成骨細胞向分化。Goms等[12]還在人工誘導的糖尿病兔頂骨缺損中植入DDM，發(fā)現(xiàn)DDM同樣可誘導成骨，在缺損處新生的骨小梁無論是結(jié)構(gòu)還是數(shù)量均與非糖尿病兔骨缺損處植入DDM無明顯差異，進一步說明DDM優(yōu)異的骨誘導性能。

2.2 載體支架作用 DDM植入體內(nèi)后不僅可防止自身所攜帶的BMPs被體內(nèi)酶類所代謝，還可在與其他活性因子聯(lián)用的情況下作為一種良好的屏障和載體而發(fā)揮作用。Kim等[13]將DDM浸泡在具有促進細胞分裂、有助于創(chuàng)口愈合的人脫氧核糖核苷酸(PDRN)液體后植入大鼠體內(nèi)，顯微鏡下觀察到DDM誘導周圍間充質(zhì)細胞分化為成纖維細胞和成骨細胞，并在第4周出現(xiàn)礦化軟骨樣組織，且PDRN與DDM聯(lián)合植入體內(nèi)后并未被體內(nèi)酶類代謝，這使得PDRN所具有的功能得以最大限度的發(fā)揮，加速刺激成纖維細胞及成骨細胞的分裂，較單純使用DDM加速了礦化組織的形成。侯宗鵬等[14]將DDM作為支架結(jié)合富血小板血漿植入大鼠頜骨缺損模型處，發(fā)現(xiàn)在相同時間內(nèi)二者結(jié)合物組的新生骨面積大于單純使用DDM或富血小板血漿組，進一步分析發(fā)現(xiàn)當二者結(jié)合后骨誘導相對分子質(zhì)量增多，DDM保證富血小板血漿內(nèi)各類物質(zhì)避免在體內(nèi)代謝，從而持續(xù)發(fā)揮其作用。Um等[15]通過將DDM聯(lián)合BMPs對比目前國際使用最廣泛的Bio-oss骨粉聯(lián)合BMPs，將兩種結(jié)合物質(zhì)植入同一大鼠體內(nèi)，并在不同的時間段觀察植入部分周圍組織切片計算成骨量，結(jié)果顯示雖然二者均有成骨作用，但DDM/rhBMPs成骨效果優(yōu)于Bio-oss/rhBMP，推斷可能是由于DDM的介孔結(jié)構(gòu)更有利于其與BMPs的結(jié)合和緩釋。

2.3 促進牙髓干細胞增殖、遷移及牙周組織再生 Chi等[16]通過體外評估DDM對牙髓干細胞(DPSCs)克隆群體的影響，觀察到DDM具有刺激細胞增殖，減少凋亡標志物半胱天冬酶3，增加細胞存活標記物Akt1表達和增強礦化基質(zhì)沉積，并且DPSCs還成功遷移到DDM的膠原凝膠中，細胞保持存活并且在3 d內(nèi)數(shù)量增加。Widbiller等[17]則通過進一步提純脫礦牙本質(zhì)內(nèi)各類物質(zhì)，將它們與DPSCs進行培養(yǎng)后觀察到牙本質(zhì)內(nèi)的牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白在促進DPSCs增殖和向成牙本質(zhì)細胞分化方面起主要作用。以上實驗說明了DDM所釋放的物質(zhì)可以促進DPSCs的增殖和向成牙本質(zhì)細胞的分化，從而形成牙本質(zhì)礦化組織，具有促進牙齒發(fā)育根尖閉合以及修復性牙本質(zhì)生成的作用。楊禾豐等[18]通過分析各時期牙囊細胞在牙本質(zhì)基質(zhì)液中浸泡下所釋放的各種成分，發(fā)現(xiàn)牙本質(zhì)基質(zhì)能明顯上調(diào)成骨/成牙骨質(zhì)相關(guān)基因(Runx2、ALP、CP-23、OPN)的蛋白表達水平，證明牙本質(zhì)基質(zhì)有助于牙囊組織向牙骨質(zhì)和牙槽骨生長，推斷DDM有可能對牙周組織的再生具有促進作用。

3 DDM的臨床應(yīng)用

3.1 修復種植體周圍骨缺損及上頜竇提升 Kim等[19]于2010年在6例需種植牙患者手術(shù)中同期植入DDM與種植體，在隨訪中觀察到DDM逐漸吸收，且與周圍組織相容良好，46%～74%植入的DDM已通過骨誘導過程被新生骨組織替代，6年后，該研究團隊通過口腔CBCT設(shè)備檢查了其中的5例患者，并觀察到5例患者6年時間內(nèi)頰側(cè)骨高度與寬度的減少分別為0.4～3.3 mm和0.4～4.2 mm，并且患者所形成的皮質(zhì)骨與種植體均融合良好且穩(wěn)定。Kim等[20]亦在23例需種植牙且伴牙槽骨骨量不足的患者植入DDM之后同期共植入種植體，在1年內(nèi)測量初次和二次手術(shù)植體穩(wěn)定性，拍攝CBCT觀察種植體骨結(jié)合率以及新生骨質(zhì)情況。結(jié)果顯示所有部位具有良好的穩(wěn)定性且維持良好，無并發(fā)癥，在術(shù)后4個月時從3例患者上頜骨收集的組織樣品制作切片，顯微鏡下觀察到致密的纖維結(jié)締組織還有結(jié)構(gòu)發(fā)育良好的新生骨質(zhì)及周圍密集的毛細血管。Pohl等[21]將制作的自體脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)(ADDM)植入6例患者的上頜竇底行上頜竇提升術(shù)，并同期在相應(yīng)部位植入植體，在術(shù)后5年期間多次進行術(shù)后隨訪與測量植體穩(wěn)定性，無論是患者的主觀感受或數(shù)據(jù)均令人滿意，在該區(qū)域共進行了多次取骨活檢，觀察到ADDM顆粒逐漸吸收，周圍新生的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)與正常骨組織無區(qū)別，且周圍大量毛細血管形成。以上實驗表明，用DDM可修復種植體周圍的骨缺損，其顆粒尺寸和表面介孔結(jié)構(gòu)促進DDM內(nèi)部物質(zhì)持續(xù)與周圍組織交換，一方面釋放各種生長因子在植體周圍，加速誘導周圍間充質(zhì)細胞向成骨細胞成纖維細胞等分化，同時多孔疏松結(jié)構(gòu)使得毛細血管可進入其內(nèi)部提供養(yǎng)分及增強抗感染能力，既能在種植手術(shù)初期提供良好穩(wěn)定性又可持續(xù)穩(wěn)定地促進周圍組織骨化。

3.2 誘導牙槽骨及頜骨組織再生 Pang等[22]為觀察DDM在拔牙后牙槽位點保存的臨床效果和組織學結(jié)構(gòu)，通過對24例患者共33個拔牙位點拔牙后分別即刻植入DDM與Bio-oss骨粉，并在術(shù)后6個月內(nèi)進行骨量測量和切片觀察，所有病例未觀察到移植物與周圍組織的感染，兩種材料移植后的測量結(jié)果無統(tǒng)計學差異。符偉柱等[23]將DDM用于填充頜骨囊腫刮治后的空腔，在隨訪1個月后出現(xiàn)骨小梁結(jié)構(gòu)，3個月后影像學顯示已與周圍組織無區(qū)別。Jung等[24]在20例患者拔牙后分別植入DDM與DDM/rhBMP-2行牙槽嵴保存術(shù)，測量術(shù)前與術(shù)后4個月牙槽嵴高度與寬度的變化，結(jié)果顯示DDM與DDM/rhBMP-2對比空白對照組均可顯著減少牙槽嵴高度與寬度的喪失，且rhBMP-2與DDM的組合還表現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和更高的新骨形成量。DDM具有穩(wěn)定且緩慢持續(xù)的降解速率，在植入初期提供穩(wěn)定的支架和生長因子有助于新骨沿著支架充滿缺損處，且降解速率應(yīng)與組織再生速率相匹配，在后期逐漸降解，保證新生骨組織與周圍融合維持結(jié)構(gòu)的完整

3.3 不同脫礦程度DDM對骨組織再生的影響 Koga等[25]為探究和改善DDM自身的性能，制作大鼠顱骨缺損標本并在缺損處植入不同礦化程度的脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)(70%脫礦與完全脫礦)，觀察到盡管部分脫礦與完全脫礦兩種都具有誘導缺損區(qū)成骨細胞分化的作用，但前者具有更加優(yōu)異的成骨活性。在此基礎(chǔ)上，該團隊通過在牙槽骨增高術(shù)和上頜竇提升術(shù)等手術(shù)的同期植入部分脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)，并對患者進行術(shù)后隨訪與組織學觀察，結(jié)果證明部分脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)作為牙槽骨再生的骨替代物具有良好的臨床效果，病例均有良好的骨形成，在二次手術(shù)中植入種植體后，病患均表現(xiàn)出穩(wěn)定的骨結(jié)合與良好的初期穩(wěn)定性，不但證明了脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)做為植骨材料的效果還為探究牙本質(zhì)脫礦程度對其性能的影響打開了新的思路[26]。

3.4 引導組織再生及牙體再礦化 Ge等[27]將ADDM植入51例第二磨牙遠中牙周骨壁缺損患者的缺損處，并設(shè)立單純牙周基礎(chǔ)治療作為對照組，在術(shù)后6個月和12個月時測量探診深度與附著水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植入ADDM組的探診深度與附著水平明顯優(yōu)于對照組。蔣月桂等[28]將DDM作為直接蓋髓劑用于臨床病例，在2年的隨訪中發(fā)現(xiàn)其與氫氧化鈣療效相差無異，之后他們將DDM與氫氧化鈣分別用于51例年輕恒牙牙髓炎患者行根尖誘導成形術(shù)，2年后觀察到DDM組92.86%患者的根尖孔閉合牙根發(fā)育完成，以上實驗進一步證明了DDM促進組織礦化再生的能力，其內(nèi)部BMPs和牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白等在促進牙周和牙髓組織的再生中具有重要作用。

綜上所述，DDM因其本身所含的各種生物活性因子和介孔結(jié)構(gòu)，是一種既有骨誘導作用，又可與其他生物因子合用而作為支架發(fā)揮緩釋作用的材料，其具備理想植骨材料的三大性質(zhì)，包括骨誘導、骨傳導及生物相容性，同時在上述研究中還能對牙體和牙周組織具有促進發(fā)育的作用，在口腔內(nèi)科疾病的治療中亦有重要價值，其材料來源充足，隨著對材料的不斷研究簡化其制作過程，將會成為一種便捷且來源充足的植骨材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。