生物陶瓷在活髓保存術中的應用現(xiàn)狀

張夢霖，李 毅

(吉林大學口腔醫(yī)院兒童口腔科，長春 130021)

牙髓是一種被堅硬的牙本質(zhì)包繞的結締組織。深齲、外傷或牙體預備、備洞過程的醫(yī)源性露髓常會導致牙髓損傷。牙髓損傷的治療方法一般可分為兩種：根管治療術和活髓保存術。根管治療后的牙齒易發(fā)生牙根折斷及牙冠變色，尤其對于年輕恒牙，其牙根的完全發(fā)育、根尖封閉有賴于活髓。因此，盡可能保存活髓在牙體牙髓病的治療中顯得尤為重要[1]。活髓保存術是在牙髓組織受損或暴露時，將具有治療作用的蓋髓劑覆蓋在近髓處或暴露的牙髓組織表面，形成一種保護性的屏障，發(fā)揮抑制牙髓感染、促進第三期牙本質(zhì)形成的作用，維持牙髓活力。而利用生物材料作為蓋髓材料促進第三期牙本質(zhì)形成，可提高活髓保存術的成功率，且已在臨床得到廣泛應用。鑒于傳統(tǒng)氫氧化鈣蓋髓劑抗壓程度和密封性差、促牙本質(zhì)橋形成能力和抗菌作用局限等缺陷，近年來生物陶瓷作為一種具有優(yōu)良生物學性能的陶瓷化合物蓋髓劑，在活髓保存術中體現(xiàn)出良好的促牙本質(zhì)形成能力及抗菌和封閉性能，目前已廣泛用于活髓保存術中?，F(xiàn)就生物陶瓷材料蓋髓劑的分類及其在活髓保存術中的作用效果予以綜述。

1 活髓保存術與第三期牙本質(zhì)

活髓保存術的目的是治療可逆的牙髓損傷。在治療過程中，牙髓組織創(chuàng)面的愈合和表面硬組織的形成是術后感染長期控制和維持牙髓活力的先決條件。牙髓和牙本質(zhì)均來源于牙乳頭，在牙體發(fā)育過程中聯(lián)系緊密，稱為牙髓牙本質(zhì)復合體。牙髓牙本質(zhì)復合體的主要作用是分泌牙本質(zhì)，其能通過自身防御反應適應各種刺激以保持自身活力。同時，牙髓還能夠重新啟動成牙本質(zhì)過程以保護自身免受外部傷害和損傷[2]。成牙本質(zhì)細胞是在牙胚發(fā)育期間由上皮和間充質(zhì)組織之間的相互作用誘導間充質(zhì)細胞分化而來[3]，其可以表達形成牙本質(zhì)有機成分的特定基因產(chǎn)物，這些產(chǎn)物將形成高度礦化的牙本質(zhì)細胞外基質(zhì)[4]。牙髓牙本質(zhì)復合體在受到外界刺激時可在對應的髓腔內(nèi)側形成修復性牙本質(zhì)或反應性牙本質(zhì)，即第三期牙本質(zhì)。當牙髓牙本質(zhì)受到的刺激較弱時，牙髓側的健康成牙本質(zhì)細胞分泌基質(zhì)礦化形成反應性牙本質(zhì)；當外界刺激較強烈時，成牙本質(zhì)細胞則發(fā)生變性、死亡。研究表明，當牙體受損剩余牙本質(zhì)厚度<0.25 mm時，成牙本質(zhì)細胞數(shù)量減少23%[5]，這時由受刺激側的牙髓細胞分化形成成牙本質(zhì)細胞樣細胞分泌基質(zhì)，進而形成修復性牙本質(zhì)[6]。第三期牙本質(zhì)的形成對阻止外界有害刺激進入牙髓，防止牙髓感染和維持牙髓活力具有決定性意義。

研究表明，牙本質(zhì)細胞外基質(zhì)含有多種生物活性分子，包括生長因子(轉化生長因子-β1)、細胞外基質(zhì)分子(骨鈣素、牙本質(zhì)涎磷蛋白)等，它們能通過成牙本質(zhì)細胞或成牙本質(zhì)細胞樣細胞刺激牙本質(zhì)分泌活性[7]。而生物陶瓷材料[三氧化礦物凝聚體(mineral trioxide aggregate,MTA)、iRoot BP、Biodentine等]能通過激活促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調(diào)節(jié)激酶、核因子κB、p38促分裂原活化的蛋白激酶等信號通路，促進生物活性分子釋放，刺激牙髓細胞成牙向分化，形成第三期牙本質(zhì)[8]。按照生物學性能，生物陶瓷材料可分為3類：①生物惰性陶瓷，如氧化鋯、醫(yī)用碳素等，結構穩(wěn)定、強度較大；②生物表面活性陶瓷，如羥基磷灰石；③生物可降解性陶瓷，如磷酸三鈣、可溶性鈣鋁系等[9]。

2 生物陶瓷材料蓋髓劑在活髓保存術中的應用

2.1鈣硅類

2.1.1MTA MTA呈沙礫樣，主要由波特蘭水門汀組成。最初商品化的MTA為灰色MTA，包括ProRoot MTA Gray(1988年、美國)、MTA Angelus (Angelus公司、巴西)等，其因含較多氧化鉍、硫酸鈣而呈灰色，故不宜在美學要求較高的前牙中使用。而后期白色MTA(ProRoot MTA White、MTA Angelus White)中的氧化鉍和鋁鐵四鈣的量大大減少，硅酸鈣水平升高，更適合用于前牙[10]。

與氫氧化鈣類蓋髓劑相比，MTA具有良好的生物相容性、封閉性能及生物活性，可促進形成更均勻、更厚的牙本質(zhì)橋并減輕牙髓炎癥反應。Hilton等[11]將MTA與氫氧化鈣對比進行活髓保存術后發(fā)現(xiàn)， MTA用于直接蓋髓的成功率高于氫氧化鈣。張琳[12]發(fā)現(xiàn)，MTA材料對促進年輕恒前牙本質(zhì)橋形成及牙根發(fā)育、根尖封閉的能力均優(yōu)于氫氧化鈣。

MTA的缺點為其抗炎作用只針對某些特定的細菌，對專性厭氧菌無效，且MTA凝固時間較長、操作不方便，易造成牙冠變色[13]。在使用白色MTA的過程中，如有血液污染、與次氯酸鈉接觸等也會造成牙冠變色[14-15]。雖然MTA一旦凝固，便不會繼續(xù)溶解吸收，產(chǎn)生的微滲漏較氫氧化鈣少[16]，但由于其不能粘結到牙本質(zhì)上[10]，所以與牙本質(zhì)間仍會出現(xiàn)不同程度的微滲漏。此外，MTA價格昂貴，限制了其在臨床的使用。

2.1.2MTA類材料

2.1.2.1iRoot BP和iRoot BP Plus iRoot BP和iRoot BP Plus是加拿大創(chuàng)新生物陶瓷公司研發(fā)生產(chǎn)的新型蓋髓材料，其主要成分為硅酸鈣。兩者成分相似，劑型不同：iRoot BP為注射糊劑、iRoot BP Plus為膏體[17]。

iRoot BP和iRoot BP Plus具有強堿性，它們對感染根管中的糞腸球菌、白假絲酵母菌等常見致病菌的抗菌性較強[18]。兩者均具有良好的生物相容性能，對牙髓組織毒性刺激較小，且可以促進它的生物礦化和再生。Zhang等[18]分別用iRoot BP Plus、BioAggregate和MTA培養(yǎng)人牙髓細胞發(fā)現(xiàn)，iRoot BP Plus的細胞毒性作用較MTA小，且其促進牙髓細胞成牙本質(zhì)細胞樣分化的作用優(yōu)于MTA。?ncel Torun等[19]在實驗中也觀察到，iRoot BP促進人牙髓細胞成牙本質(zhì)細胞樣分化的作用較MTA強。此外，iRoot BP Plus蓋髓后可以形成同MTA蓋髓后類似甚至更厚的鈣化橋[20-22]。iRoot BP Plus具有良好的粘結性，能與牙體組織緊密連接；iRoot BP的反應需要水參與，血液的存在不會影響材料的固化，也不會導致牙冠變色[17,23]。Jeevani等[24]采用染料滲透法評價iRoot BP的封閉性能，王密等[25]通過對比iRoot BP和MTA修復髓室底穿孔的封閉效果，均發(fā)現(xiàn)iRoot BP的封閉性能優(yōu)于MTA。黃偉曼等[26]在iRoot BP Plus和MTA用于年輕恒牙直接蓋髓的臨床療效觀察中指出，iRoot BP Plus在封閉性、粘結性、生物組織相容性、促進生物礦化和誘導牙本質(zhì)分化等性能上有明顯優(yōu)勢?？梢?，與MTA相比，iRoot BP和iRoot BP Plus臨床使用時有可減少患者就醫(yī)次數(shù)、操作簡單、不導致牙齒變色等優(yōu)點。但目前相關報道極少，所以需要更廣泛的臨床研究來確定其療效。

2.1.2.2BioAggregate BioAggregate的成分主要包括硅酸三鈣、硅酸二鈣、磷酸鈣單體、氫氧化鈣、羥基磷灰石、氧化鉭和無定型二氧化硅等。就組成成分來看，BioAggregate與MTA基本相似，但BioAggregate采用氧化鉭作為放射線阻射材料，取代了MTA中的氧化鉍，避免了有害成分(鋁)的釋放，將對人體的毒害降至最低[27-28]。

Zhang等[29]將BioAggregate與MTA的抗菌性進行對比發(fā)現(xiàn)，它們對牙髓病中常見糞腸球菌的抗菌能力差異無統(tǒng)計學意義。但在BioAggregate硬固過程中，其中的親水顆?？纱龠M骨水泥的形成，從而具有良好的封閉作用。胡雅靜[30]在BioAggregate、MTA、氫氧化鈣三種材料直接蓋髄的動物實驗中發(fā)現(xiàn)，BioAggregate、MTA蓋髓后形成的修復性牙本質(zhì)較氫氧化鈣更厚、更均一，封閉效果更佳。但因MTA有不易操作、硬固時間較長、費用昂貴等問題，所以BioAggregate被認為是MTA可能的替代品[30]。但目前有關BioAggregate應用于直接蓋髓的臨床報道較少，臨床效果有待進一步證實。

2.1.2.3Biodentine Biodentine是雙組分材料，其中粉劑主要由硅酸三鈣組成，液劑包括氯化鈣促凝劑和減水劑[31-32]。使用時，將其粉劑和液劑混勻后，部分硅酸鈣材料溶解形成水合硅酸鈣，沉淀在剩余未溶解硅酸鈣顆粒表面上，降低材料的孔隙率和增加其抗壓性[33]。有學者在體外實驗中將Biodentine與熒光材料混合后放置在未經(jīng)任何處理(酸蝕)的牙本質(zhì)切片上，通過激光共聚焦顯微鏡和掃描電鏡觀察Biodentine與牙本質(zhì)界面的微觀結構，結果顯示Biodentine滲透進牙本質(zhì)小管，形成標簽樣結構[34]。牙本質(zhì)與Biodentine界面下的牙本質(zhì)小管被礦化晶體堵塞，具有良好的微觀機械固位作用和邊緣封閉效果。

Nowicka等[35]分別采用MTA和Biodentine用于第三磨牙直接蓋髓，觀察6周后發(fā)現(xiàn)，這兩種蓋髓材料的下方均出現(xiàn)牙本質(zhì)橋且牙髓未出現(xiàn)炎癥反應。隨后，他們又采用血管造影術評價了Biodentine、氫氧化鈣、MTA蓋髓后形成的牙本質(zhì)橋密度和體積，結果發(fā)現(xiàn)Biodentine組形成的牙本質(zhì)橋更為均勻連續(xù)，總體密度和厚度更佳。有臨床試驗將Biodentine和MTA應用于活髓保存術后發(fā)現(xiàn)，兩者的成功率均較高且差異無統(tǒng)計學意義[33]。但Biodentine和牙本質(zhì)結合后可滲透到牙本質(zhì)小管中，形成礦化晶體堵塞牙本質(zhì)小管，降低牙本質(zhì)小管的滲透性和減少小管內(nèi)液體流動，同時Biodentine可減少牙源性疼痛受體的表達和功能的發(fā)揮[36]，減少促炎細胞因子分泌，降低活髓保存術后疼痛和敏感的發(fā)生率。Biodentine組成成分中沒有MTA中的阻射劑成分氧化鉍，臨床應用觀察48個月后發(fā)現(xiàn)，其不會導致牙冠變色[37]。此外，Biodentine較MTA還有凝固時間短的優(yōu)勢。缺點主要為臨床應用時，因其固定的調(diào)拌方式，使用時較浪費[38]。

2.1.2.4TheraCal TheraCal是一種光固化的蓋髓材料，是由改良的樹脂和硅酸鈣鹽組成的單糊劑。有文獻報道，蓋髓材料中鈣離子的連續(xù)釋放是誘導牙髓干細胞增殖分化的主要原因，鈣離子可以調(diào)節(jié)骨橋蛋白和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2水平，釋放鈣離子提高焦磷酸酶的活性，有助于維持牙本質(zhì)礦化及牙本質(zhì)橋的形成[39]。實驗發(fā)現(xiàn)，與氫氧化鈣和MTA相比，TheraCal釋放鈣離子的時間更長，釋放量更大[40]。但由于TheraCal的水合反應較少或不完全，其形成的氫氧化鈣較Biodentine和MTA少，又因為其組成成分中樹脂成分中多達50%的甲基丙烯酸單體雙鍵在樹脂聚合物中未反應，所以當非聚合單體從材料中滲透出并作用在牙髓上時，TheraCal會對牙髓細胞產(chǎn)生細胞毒性[41]；同時可抑制牙本質(zhì)磷蛋白、牙本質(zhì)涎蛋白、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白等的分泌及其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的積聚[42]。由于這些蛋白參與了礦化過程，故抑制它們的分泌可能導致TheraCal用于蓋髓術中所形成的牙本質(zhì)橋減少且不連續(xù)[43-44]。

2.2鈣磷類 磷酸鈣類材料是一類主要由鈣、磷組成的生物材料。這類材料的組成成分與牙本質(zhì)組成成分相似，具有良好的組織相容性。

2.2.1CEM(calciumen enriched mixture) CEM是富含鈣的混合物，它與MTA在組成成分上最大的不同為含有磷酸鹽。CEM可以提供非常豐富的鈣、磷離子，這些元素在羥基磷灰石的形成中發(fā)揮巨大作用[45-46]。CEM的粉末顆粒粒徑較MTA小，且具有更為優(yōu)良的封閉性能、流動性及合理的薄膜厚度，故有效縮短了固化時間[46]。同時，CEM與MTA具有相似的生物相容性及誘導細胞成骨或成牙向分化的能力，且能增強礦化相關基因的表達。臨床上將CEM用于活髓保存術后發(fā)現(xiàn)，年輕恒牙牙根繼續(xù)發(fā)育，根尖封閉；而完全發(fā)育的恒牙牙髓癥狀消失，故得以保存活髓[47-48]。Mehrdad等[49]通過組織化學和放射線方法發(fā)現(xiàn)，CEM蓋髓后在蓋髓處形成的牙本質(zhì)橋均勻連續(xù)，且新形成的第三期牙本質(zhì)中牙本質(zhì)小管排列規(guī)律。

2.2.2納米羥基磷灰石 納米羥基磷灰石是顆粒直徑為1～100 nm的羥基磷灰石，具有較普通磷灰石更好的物理化學性質(zhì)，如溶解度提高、表面能增大、生物活性更好、微滲漏小等。其顆粒小，易與組織結合，可誘導早期牙本質(zhì)橋形成。邱偉等[50]在關于納米羥基磷灰石直接蓋髓誘導牙本質(zhì)橋早期形成的試驗中觀察到，納米羥基磷灰石誘導早期牙本質(zhì)形成的能力與氫氧化鈣相比差異無統(tǒng)計學意義。當納米羥基磷灰石用作蓋髓劑時，其覆蓋下的牙髓組織炎癥反應和壞死程度較輕[51]。這證明了納米羥基磷灰石用作蓋髓劑的可行性。但納米羥基磷灰石的抗彎強度低、脆性大、無抑菌作用等缺點，在一定程度上限制了其臨床應用。針對這種缺點，有研究者將納米羥基磷灰石與生物大分子結合形成聚合物。佟瑋瑋等[52]等將納米羥基磷灰石與聚酰胺66結合用作蓋髓劑觀察到，納米羥基磷灰石/聚酰胺66作為蓋髓劑對牙本質(zhì)細胞的誘導能力強，血管擴張程度小，且其降解產(chǎn)物己二胺和己二酸等有很好的抗菌作用，相比單純使用納米羥基磷灰石效果良好。

納米中空羥基磷灰石因具有中空內(nèi)核和多孔外殼結構，比表面積大，被認為是藥物分子和其他生物活性因子的良好載體。Wang等[53]通過模板法合成了由納米顆粒組成的羥基磷灰石中空微球，他們將辛伐他汀載入微球構成體外緩釋系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，其具有良好的載藥率和包封率，以及藥物緩釋性能。動物實驗發(fā)現(xiàn)，合適濃度的載辛伐他汀中空羥基磷灰石緩釋微球可以有效抑制牙髓組織炎癥反應，有利于完整的修復性牙本質(zhì)形成[54]。這為納米羥基磷灰石在活髓保存術中的應用提供了更多研究思路。

3 小 結

生物陶瓷類材料在封閉性、粘結性、生物組織相容性、促進生物礦化和誘導成牙本質(zhì)分化等性能上有顯著優(yōu)勢，但它也存在凝固時間長、促進牙髓-牙本質(zhì)再生的能力有限等問題。且其強堿性在誘導牙髓組織形成牙本質(zhì)橋的同時會引起一部分組織壞死，而這部分壞死的組織會始終保留在形成的鈣化橋中導致其形態(tài)缺陷，產(chǎn)生微滲漏[55]。近年來，生物活性分子在第三期牙本質(zhì)形成過程中發(fā)揮的重要作用逐漸被發(fā)現(xiàn)，如轉化生長因子-β超家族的生物活性分子(轉化生長因子-β1、成纖維細胞生長因子-2和牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1等)能在較輕的炎癥反應初期誘導第三代牙本質(zhì)形成[56]。然而，單獨使用生物活性分子時，給藥方式受到限制，難以維持局部有效濃度和長期效果，臨床應用成本較高等缺點限制了它們在臨床的應用。有學者將生物陶瓷類材料負載具有生物活性的小分子物質(zhì)形成緩釋系統(tǒng)后用于活髓保存治療，如載轉化生長因子-β1/血管內(nèi)皮生長因子的硫酸鈣/羥基磷灰石半水化合物[1]、載辛伐他汀的中空羥基磷灰石[53]等。未來，在強化新型生物陶瓷材料生物學性能的同時，應進一步研究復合生物活性材料蓋髓劑。