組織工程技術在牙槽骨修復中的應用

俞成鑫 洪晨輝 干沛伶 宓佳頁

摘要：牙槽骨缺損在臨床上較為常見，利用骨組織工程修復牙槽骨缺損成為當今研究熱點。本文就骨組織工程中的種子細胞、支架材料、生物活性物質等關鍵要素的進展以及骨組織工程在修復牙槽骨中的應用研究近況、成瘤性和未來發展趨勢等進行綜述。

關鍵詞：牙槽骨缺損；組織工程；血管化；成瘤性

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0059-02

牙槽骨缺損是臨床上較為常見的疾病。牙槽骨組織一旦破壞吸收形成缺損后很難自行重建。目前牙槽骨修復方法有多種，隨著發展，骨組織工程學發展進入人們的視野。口腔骨組織工程中種子細胞、骨組織工程支架和細胞因子需緊密聯系，三者相互協同促進作用下才能良好地修復牙槽骨。

一、骨組織工程因素

種子細胞是骨組織工程的重要組成部分。至今最常用的種子細胞有骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）、脂肪源干細胞（adipose-derived stromal stem cells，ADSCs）、誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）和牙源性干細胞（dental stem cells，DSCs）等。BMSCs增殖能力和多向分化潛能較強在骨壞死時仍具有修復能力。在適宜的環境下可誘導分化為成骨細胞、軟骨細胞。ADSCs主要是由中胚層發育而成的多能干細胞，在特定的環境和生長因子作用下可分化成不同的譜系。IPSCs是將體細胞重組為具備胚胎干細胞特性和功能的多能干細胞。不同種類牙源性干細胞具有不同的特性和功能，分化能力不同，例如與牙髓干細胞相比，乳牙牙髓干細胞具有更強的成骨分化能力。

骨組織工程支架是具有良好的生物活性以及可降解性并且能夠提高或刺激骨組織生長的立體三維多孔隙狀的結構材料，為種子細胞的增長分化以及黏附提供條件。孔隙率會影響細胞滲透、營養物質的擴散、血管化[1]。

細胞因子起調節作用，常用的有堿性成纖維細胞生長因子、血管內皮生長因子等。文藝等[2]從小鼠骨髓間充質干細胞及血管內皮祖細胞制取細胞膜片，植入牙槽骨的小鼠體內，修復牙槽骨效果良好。

二、骨組織工程在修復牙槽骨領域研究近況

BMSCs搭載不同的骨組織工程支架以及生物活性物質的作用下成骨作用是不同的。金鈁等[3]利用大鼠脛骨和股骨獲取骨髓基質細胞為種子細胞，以膠原為物支架的方法修復牙槽骨缺損。修復缺損效果滿意。李慧等[4]利用大鼠膠原BMSCs與膠原-殼聚糖復合物修復牙槽骨缺損，新生的骨質較成熟且無明顯分界。膠原作為細胞外基質的骨架主要功能是為細胞提供抵抗一定的張力和彈性，同時促進細胞的遷移和發育。但其穩定性差無法成型，因此需要與殼聚糖結合。殼聚糖的生物功能性及相容性、安全性、降解性等特性在骨組織工程中能夠發揮出巨大的優勢，并已經通過研究取得了較大的進展。劉楊等[5]利用BMSCs和纖維蛋白膠（FG）作為種子細胞和支架材料。觀察到牙槽骨缺損處骨愈合良好，新生骨骨密度與周圍正常牙槽骨密度相似，并無明顯分界線。BMSCs聯合FG有著良好的修復骨組織缺損能力增加骨量，可稱為牙槽骨組織工程修復的良好材料，不足是骨髓間充質干細胞的獲取會對供體區造成損傷，且體外的增殖能力不強，擴增能力隨著年齡增長而下降。從人體自身牙齒提取出DSCs，結合骨組織工程支架能夠良好地恢復牙槽骨缺損。還有報道稱從第三磨牙中提取出DPSCs，膠原海綿作為支架，可以修復第二磨牙遠端牙槽嵴的骨缺損問題[6]。董洪宇等從人體的第二前磨牙中提取的PDLSC培養聚合體，檢查發現聚合體有大量細胞外基質，以陶瓷化骨作為支架植入裸鼠體內，免疫組化染色發現有大量纖維骨組織形成。許瑩瑩等拔出大鼠右下頜中切牙，在大鼠體內植入載辛伐他汀/納米羥基磷灰石膠原復合骨組織工程支架材料，拔牙窩牙槽骨修復良好。廖武堂將新西蘭大白兔下頜骨牙的唇側附著處顯露牙槽嵴。植入用Bio-Oss骨粉+SIS后復位齦瓣。檢查顯示成骨細胞、骨小梁以及血管數目和CT檢測示植骨區的吸收值表現良好。此兩種支架沒有搭配特定的種子細胞，而是利用動物體內本身存在的種子細胞例如牙胚細胞等與支架材料復合來達到修復牙槽骨的作用。上述現已進行的實驗證明種子細胞與骨組織工程生物支架搭載可以成骨化并且能夠很好地結合在實驗動物的牙槽骨上，但每種方法都有一定的缺陷，造成對修復牙槽骨有一定的難度亟待解決。復合骨組織工程生物支架是根據各種材料的優缺點進行復合，還可加入納米技術、基因轉染技術等，解決了一定的困難。

三、骨組織工程的組織血管化

牙槽骨組織工程成功與否和組織血管化也有十分密切的關系。假設骨組織工程骨血液供給短缺，由于氧、營養和代謝物質的運輸效率降低，種子細胞將被滅活，從而抑制了新生骨生成，降低了骨愈合的速度。血管化與種子細胞、骨組織工程支架以及細胞因子都有關系。不同支架材料的血管化程度不一致。支架材料的孔隙度、平均孔徑會影響種子細胞的生長、遷移等。不同的種子細胞血管化程度各不相同。生長因子能夠調節培養系中種子細胞血管化的進程。

四、骨組織工程種子細胞的成瘤性

未被修飾的BMSCs具有促進腫瘤生長的作用，被修飾的BMSCs無促進腫瘤生長的作用。BMSCs被認作是免疫細胞，有著免疫抑制作用。BMSCs通過與腫瘤內外環境的彼此作用抑制免疫細胞的功能，因此可以避免疾病監測，繼而使腫瘤細胞克服免疫監視，最終導致腫瘤細胞從原始位點逃逸并形成轉移。BMSCs具有促進腫瘤血管及基質生成的作用，其分泌的細胞因子以及其他物質可促進腫瘤的血管化，并且可以作為腫瘤基質。BMSCs不但有刺激腫瘤生長的負作用，而且可以在某些條件下發生惡性轉化而出現成瘤性。

五、存在的問題與展望

在口腔醫學領域區牙槽骨牙槽嵴骨量不足是臨床常見的問題，特別是大面積的牙槽骨缺損目前尚沒有一種理想的修復方法。骨組織工程是一種新穎的方法并且為患者的治療提供了選擇，雖然有各種動物模型的牙槽骨通過骨組織工程修復成功的例子，但是現處于動物實驗模型的實驗研究階段，所存在的問題不僅僅是大面積組織工程骨不能快速血管化，最重要的是種子細胞具有成瘤性。相信在不久的將來，人類一定能夠攻克這些技術難關，消除一切不利因素，給牙槽骨患者帶來新的希冀和福音。

參考文獻：

[1]李成宇，鄭欣，芮敏.多孔支架應用于骨缺損修復的研究進展[J].中國骨與關節損傷雜志，2016，31（7）：783-785.

[2]文藝，楊鴻旭，劉倩，等.骨髓間充質干細胞聯合血管內皮祖細胞修復骨質疏松性牙槽骨缺損[J].中國組織工程研究，2016，20（19）：2748-2755.

[3]金鈁，段銀鐘，劉嵐，等.大鼠骨髓基質細胞與膠原復合后修復牙槽骨缺損的研究[J].牙體牙髓牙周病學雜志，2017，17（6）：313-315.

[4]李慧，吉秋霞，張朋梅，等.大鼠骨髓基質細胞與膠原-殼聚糖復合后修復牙槽骨缺損的研究[J].全科口腔醫學雜志，2015，2（11）：95-96.

[5]劉楊，孫大磊，王毅，等.BMSCs和FG作為種子細胞和支架材料修復大鼠牙槽骨缺損的效果[J].口腔醫學，2017，37（04）：307-310.

[6]邵苗苗，劉鐘西，許諾，等.牙髓干細胞在組織工程研究中的進展和應用前景[J].中國組織工程研究，2018，12（2）：2126-2132.