陶瓷種植體與牙齦結(jié)合研究進(jìn)展

于肖洋 華單婷

[摘要] 許多實(shí)驗(yàn)證明，純鈦種植體可以獲得有效的牙齦封閉即生物學(xué)寬度，牙齦與純鈦種植體以半橋粒的方式連接，這為植體抵御口腔細(xì)菌侵襲提供了初期保護(hù)屏障。但陶瓷種植體應(yīng)用于臨床之后，除了需要致力于植體與骨結(jié)合和植體本身強(qiáng)度韌度等性能外，植體與牙齦的結(jié)合關(guān)乎著植體的遠(yuǎn)期使用壽命，同樣應(yīng)被更多學(xué)者所關(guān)注。希望找出一種既能與牙槽骨結(jié)合，又能與牙齦組織結(jié)合的植體表面處理方法。本文旨在總結(jié)世界范圍內(nèi)對(duì)于陶瓷植體與軟組織結(jié)合的研究情況，從而理清陶瓷種植體表面處理技術(shù)未來的研究方向。

[關(guān)鍵詞] 陶瓷;牙齦;結(jié)合;表面處理

[中圖分類號(hào)] R783.1? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2020）18-0185-04

Research progress of the combination of ceramic implant and gingiva

YU Xiaoyang1? ?HUA Danting2

1.Department of Dentistry， Zhejiang University School of Medicine Sir Run Run Shaw Hospital， Hangzhou? ?310006， China; 2.Department of Rehabilitation， Zhejiang University School of Medicine Sir Run Run Shaw Hospital， Hangzhou? ?310006， China

[Abstract] Many experiments have proved that pure titanium implants can obtain effective gingival sealing， namely biological width. The gingiva and pure titanium implants are connected by semi-desmosomes， which provides an initial protective barrier for the implants to withstand the invasion of oral bacteria. However， after the ceramic implant is used in clinic， in addition to the need to commit to the combination of implant and bone and the strength and toughness of the implant itself， the combination of implant and gingiva is related to the long-term service life of the implant， and should also draw more attention from the scholars. It is a prospect to find a method for surface treatment of implants that can be combined with both alveolar bone and gingival tissue. This article aims to summarize the worldwide research on the combination of ceramic implants and soft tissues， so as to clarify the future research direction of ceramic implant surface treatment technology.

[Key words] Ceramics; Gingiva; Combination; Surface treatment

牙科種植修復(fù)是口腔牙列部分缺失修復(fù)的常見治療方式。只要有足夠的初期穩(wěn)定性，無論是即刻修復(fù)還是延期修復(fù)都可以得到良好的骨結(jié)合。

隨著臨床應(yīng)用增多，鈦種植體的問題也逐漸顯現(xiàn)：由于鈦金屬固有顏色，種植區(qū)牙齦過薄或者牙齦退縮導(dǎo)致的美學(xué)問題;鈦及合金的耐腐蝕性受到口內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境影響，仍會(huì)有金屬離子從植入物緩慢釋放，可能會(huì)誘導(dǎo)骨吸收，造成種植失敗，金屬離子還會(huì)在周圍軟組織、淋巴結(jié)或體內(nèi)其他位置堆積，可能是潛在致敏原[1-4];進(jìn)行頭頸部MRI檢查時(shí)，種植體會(huì)形成偽影，對(duì)局部軟組織成像有一定影響[5]。因此，學(xué)者們對(duì)新型的非金屬植入材料開展了進(jìn)一步研究。

1陶瓷植體的種類

早在90年代初，華西醫(yī)科大學(xué)已經(jīng)開始探索非金屬種植體的骨結(jié)合，主要有可切削生物活性玻璃陶瓷種植體、陶瓷涂層種植體，在李彥等[6]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中可以看到實(shí)驗(yàn)用的活性玻璃陶瓷種植體的周圍骨增量和骨皮質(zhì)形成都優(yōu)于純鈦種植體，但此類研究未見更深入的相關(guān)文獻(xiàn)。

陶瓷材料與牙齦組織結(jié)合被更多學(xué)者認(rèn)為更有利于修復(fù)的美學(xué)效果。當(dāng)在外力、炎癥等外部因素和牙齦自然退縮因素的影響下，種植體穿齦部分陶瓷基臺(tái)會(huì)體現(xiàn)更有優(yōu)勢(shì)的美學(xué)效果。另外，多數(shù)研究表明陶瓷材料比其他金屬合金基臺(tái)的細(xì)胞毒性更小，更有利于軟組織的增殖。

2顏色影響

基臺(tái)材料不同，牙齦的粘附和顏色也會(huì)不同。人類牙齦纖維母細(xì)胞（HGF-1）在不同材料基臺(tái)表面附著和增殖則會(huì)呈現(xiàn)出不同的外觀顏色。氧化鋯基臺(tái)是前牙區(qū)最好的選擇，氮化鈦合金基臺(tái)或陽極氧化鈦合金基臺(tái)也是強(qiáng)調(diào)美學(xué)要求或在高咬合負(fù)荷下的良好選擇[7]。

3成分影響

值得注意的是，很多實(shí)驗(yàn)正在探討氧化鋯中不同的化學(xué)成分對(duì)成骨細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)錄分析的影響。Altmann等[8]學(xué)者通過在新型鋯基牙種植體生物材料上培養(yǎng)人成骨細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄分析，來觀測(cè)活細(xì)胞最直接的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)用于成骨細(xì)胞增殖的實(shí)驗(yàn)載體是一種新型鈰穩(wěn)定氧化鋯（Ce-TZP）復(fù)合材料制作而成，二氧化鋯（ZrO2）和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（Y-TZP）作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。對(duì)于成纖維細(xì)胞，則采用光滑的鈰穩(wěn)定氧化鋯和釔穩(wěn)定的氧化鋯表面。通過實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)芯片技術(shù)檢測(cè)90個(gè)相關(guān)問題基因在生長(zhǎng)1、7 d后mRNA轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)情況。實(shí)驗(yàn)中Ce-TZP的表面有三種不同形態(tài)用于成骨細(xì)胞增殖，即致密的Ce-TZP表面、多孔的Ce-TZP表面和親水的ZrO2包覆層表面。

除觀察成骨細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞增殖密度以外，作者還對(duì)成骨細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄變化進(jìn)行了測(cè)試，得出結(jié)果基質(zhì)金屬蛋白酶基因MMP2、MMP7、MMP9和MMP13的mRNA水平分別增加了1.5倍、1.7倍、2.3倍和1.5倍，而其他蛋白酶編碼基因如ADAMTS1和MMP15的mRNA水平則適度下調(diào)（2.0倍和1.7倍）。作為直接細(xì)胞生物應(yīng)答儀的轉(zhuǎn)錄變化檢測(cè)儀的篩選表明，這種新型的種植體表面有可能提供臨床上需要的牙周組織整合，即骨組織整合和軟組織整合。而通過實(shí)驗(yàn)觀察，表面形貌在早期細(xì)胞生物應(yīng)答檢測(cè)Ce-TZP基表面的過程中起著相當(dāng)小的作用。對(duì)于上皮細(xì)胞，光滑的表面被認(rèn)為更有利于附著和增殖[9-11]。該實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：生物反應(yīng)器對(duì)新型細(xì)胞活性氧化鋯基植入體生物材料的作用機(jī)制主要是通過調(diào)節(jié)與組織再生相關(guān)的生物過程，包括在骨折和軟組織損傷期間和（或）之后的免疫調(diào)節(jié)和組織重塑。基因調(diào)節(jié)本身的詳細(xì)分析表明，轉(zhuǎn)錄變化的依賴性，首先是時(shí)間，其次是生物材料，而生物材料引發(fā)的變化主要是由生物材料的化學(xué)性質(zhì)而不是表面形貌引起的[14]。在歐洲的一個(gè)項(xiàng)目中開發(fā)了一種新的鈰穩(wěn)定鋯基復(fù)合材料（Ce-TZP），名為長(zhǎng)壽命[12]，以克服釔穩(wěn)定鋯陶瓷（Y-TZP）的低溫降解（LTD）[13，14]，同時(shí)保持高韌性和強(qiáng)度。此外，“長(zhǎng)壽命”項(xiàng)目旨在通過修飾來創(chuàng)造鋯基表面，這不僅可以改善骨組織，還可以改善軟組織的整合。

4表面形態(tài)

很多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)植體的表面形態(tài)對(duì)軟組織細(xì)胞行為無明顯影響。Klinge等[15]建議Sa的最大值為0.5 m，Sa是一個(gè)表面的算術(shù)平均高度，即該表面的平均平面高度的絕對(duì)值的算術(shù)平均值。在研究中，Sa與細(xì)胞行為之間沒有相關(guān)性。實(shí)際上，所有材料的Sa均小于0.5 m，其中Zi的Sa值依次為0.32 m;聚四氟乙烯（PTFE）為0.18 m;聚合物滲透陶瓷PICN為0.09 m，Ti為0.08 m;eM是0.04 m[16]。文章同時(shí)指出表面粗糙度、表面能、表面電荷和化學(xué)成分似乎與細(xì)菌表面粘附有關(guān)。尚未查到更多對(duì)陶瓷植體表面的形態(tài)對(duì)牙齦附著和增殖的研究。在今后的研究中可著重觀察。

5氧化鋯表面處理

除了改變陶瓷植體和基臺(tái)本身的化學(xué)成分外，還有學(xué)者通過植體不同表面處理技術(shù)，來探索如何提高植體與牙齦結(jié)合能力。Nakajima等[17]學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋯基臺(tái)表面在CAD/CAM制作過程中會(huì)被有機(jī)物質(zhì)污染，用洗滌試劑與真空等離子體聯(lián)合使用的去污效果優(yōu)于單獨(dú)使用等離子體。去污后的氧化鋯表面增強(qiáng)人類牙齦纖維細(xì)胞（HGF）的附著，降低炎性細(xì)胞因子的水平，促進(jìn)HGF細(xì)胞的增殖膠原蛋白的基因表達(dá)。這充分說明在種植體表面處理的方式不同，會(huì)影響牙齦細(xì)胞與氧化鋯基臺(tái)的結(jié)合能力。

氧化鋯樣品通過氬等離子處理過顯示最高的粘附力量，隨后是超聲滅菌、高強(qiáng)度紫外線、高溫蒸汽、高溫高壓超聲滅菌;而對(duì)于純鈦?zhàn)钣行У氖浅暅缇?，?duì)二硅酸鋰來說，所有處理方式均有相似的細(xì)胞粘附強(qiáng)度[18]。

眾所周知，成纖維細(xì)胞的活動(dòng)和口腔細(xì)菌粘附是影響種植體周圍軟組織密封質(zhì)量的兩個(gè)主要因素。有學(xué)者研究找到一種氧化鋯基臺(tái)材料的表面改性方法[19]。在研究中，作者制備了聚多巴胺（PDA）涂層氧化鋯，并使用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、接觸角度測(cè)量裝置、X射線光電子能譜和拉曼光譜對(duì)其表面特性進(jìn)行了評(píng)估，從而探討其對(duì)成纖維細(xì)胞行為及口腔細(xì)菌感染的影響。結(jié)果表明，聚多巴胺（PDA）涂層[20]可以修飾氧化鋯的表面，影響氧化鋯的行為，減少細(xì)菌的粘附。綜上所述，本研究結(jié)果表明PDA能夠修飾氧化鋯的表面，影響HGFs的行為，減少細(xì)菌的粘附。氧化鋯基臺(tái)的表面處理實(shí)驗(yàn)也同樣為氧化鋯植體表面處理研究提供了參考[21]。

6不同陶瓷植體的牙齦結(jié)合差異

Grenade等[22]學(xué)者用一種PICN（polymer-infiltrated-ceramic-network）材料進(jìn)行與人類牙齦角質(zhì)細(xì)胞結(jié)合實(shí)驗(yàn)，采用人類牙齦角質(zhì)細(xì)胞分別在PICN、V級(jí)鈦（Ti）、釔化氧化鋯（Zi）、二硅酸鋰玻璃陶瓷（eM）、聚四氟乙烯上的附著、增殖和擴(kuò)散。結(jié)果顯示Ti和Zi在HGK活力、數(shù)量和覆蓋方面表現(xiàn)最好。eM的結(jié)果較差，而PICN表面的細(xì)胞數(shù)量與eM和Ti有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的相似，在細(xì)胞活力上與Ti和Zi有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的相似。未發(fā)現(xiàn)PICN釋放單體，也未發(fā)現(xiàn)eM的間接細(xì)胞毒性。有2項(xiàng)研究表明，鈦對(duì)人類牙齦角質(zhì)細(xì)胞（HGK）的初始附著更有利，氧化鋯對(duì)于細(xì)胞增殖有利[23]。

雖然也有一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，HGK活性在鋰微晶玻璃中比在氧化鋯中稍好，但是與鈦和氧化鋯相比，二硅酸鋰微晶玻璃在生物相容性方面可以被認(rèn)為是較差的材料[24]。

結(jié)果證實(shí)，在HGF行為（附著、增殖和擴(kuò)散）方面，鈦和氧化鋯可以被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)材料[25]，而二硅酸鋰微晶玻璃的HGF行為介于金標(biāo)準(zhǔn)和陰性對(duì)照之間。在牙齦細(xì)胞行為方面，鈦和氧化鋯可以被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)材料。

這些結(jié)果表明，通過實(shí)驗(yàn)處理過的氧化鋯表面可以被認(rèn)為是一個(gè)很好的替代鈦?zhàn)鳛榻?jīng)牙齦植入物的組成部分，結(jié)果也與2項(xiàng)體外研究一致，在鈦和氧化鋯的角質(zhì)細(xì)胞附著和增殖方面提供了比較充分的論證[26，27]。

在與牙齦接觸部分，鈦合金植體和氧化鋯植體均表現(xiàn)出相似的牙齦生長(zhǎng)和粘附方式，但經(jīng)過多種不同的表面處理后，氧化鋯則表現(xiàn)出更好的成纖維細(xì)胞的結(jié)合能力并具有抗菌性[28-30]，這說明植體表面處理技術(shù)的發(fā)展可增強(qiáng)種植體的生物結(jié)合性能。另外，使用氧化鋯穿齦基臺(tái)，可以解決金屬穿齦基臺(tái)用于較薄牙齦時(shí)的金屬顏色透出，可以改善牙齦發(fā)黑的美學(xué)問題。

隨著氧化鋯種植體的研究開展，更多學(xué)者科室關(guān)注氧化鋯與牙齦接觸后，牙齦的生物學(xué)行為。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)通過對(duì)氧化鋯種植體或基臺(tái)的表面處理（包括粗糙度、鍍膜、氧化、蝕刻、蛋白涂層）方式的研究和對(duì)比，會(huì)得到既能有良好的骨結(jié)合能力，又能得到較好的軟組織結(jié)合能力，為實(shí)現(xiàn)人工植體和天然牙之間形成類似于天然牙的結(jié)合上皮打下實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 湯雅，王國平.影響牙科用鈦和鈦合金種植體腐蝕性的因素[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2008，35（3）：347-349.

[2] 王林紅，樊立潔，谷志遠(yuǎn).鈦離子誘導(dǎo)骨吸收的現(xiàn)象及機(jī)制[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2009，36 （4）：441-444.

[3] Frisken KW，Dandle GW，Lugowski S，et al.A studyof titanium release into body organs following the insertion of single threaded screw implant into the mandiblesof sheep[J].Aust Dent J，2002，47（3）：214-217.

[4] Meyer U，Buhner M，Buchter A，et al.Fast element mapping of titanium wear around implants of different surface structures[J].Clini Oral Impant Res，2006，17（2）：206-211.

[5] 王成潔，武麗春，康華，等.ITI 種植體在3.0T MRI檢查中的偽影影響[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2012，（11）：160-162.

[6] 李彥，陳安玉.可切削生物活性玻璃陶瓷骨內(nèi)種植體的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[J].華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，1991，9（1）：66-70.

[7] Gómez-Florit M，Ramis JM，Xing R，et al. Differential response of humangingival fibroblasts to titanium-andtitanium-zirconium-modified surface[J]. Periodontal Res，2014，49（4）：425-436.

[8] Altmann B，Rabel K，Kohal RJ，et al. Cellular transcriptional response to zirconia-based implant materials[J]. Dental Materials，2017，33（2）：241-255.

[9] Lee MS，Kim HS，Yeon JT，et al.GM-CSF regulates fusion of mononuclear osteoclasts intobone-resorbing osteoclasts by activating the Ras/ERK pathway[J]. J Immunol，2009，183（5）：3390-3399.

[10] Zheng M，Yang Y，Liu XQ，et al. Enhanced biological behavior of in vitro human gingivalfibroblasts on cold plasma-treated zirconia[J]. PLoS One，2015，10（10）：1371-1388.

[11] An N，Rausch-fan X，Wieland M，et al. Initial attachment，subsequent cellproliferation/viability and gene expression of epithelial cellsrelated to attachment and wound healing in response todifferent titanium surfaces[J].Dent Mater，2012，28（12）：1207-1214.

[12] Palmero P，F(xiàn)ornabaio M，Montanaro L，et al. Towards long lasting zirconia-based composites for dental implants. Part I：innovative synthesis，microstructural characterization and in vitro stability[J]. Biomaterials，2015，50：38-46.

[13] Amaral R，Ozcan M，Bottino MA，et al.Microtensile bond strength of a resin cement to glass infiltrated zirconia-reinforced ceramic： The effect of surface conditioning[J]. Dent Mater，2006，22（3）：283-290.

[14] Noro A， Kameyama A， Haruyama A，et al. Influence of hydrophilic pre-treatment on resin bonding to zirconia ceramics[J].Bull Tokyo Dent Coll，2015，56（1）：33-39.

[15] Klinge B，Meyle J，Working G. Soft-tissue integration ofimplants. Consensus report of Working Group 2[J]. Clin OralImplants Res，2006，17（Suppl2）：93-96.

[16] Watanabe H，Saito K，Kokubun K，et al. Change in surface properties of zirconia and initial attachment of osteoblast like cells with hydrophilic treatment[J]. Dent Mater J，2012，31（5）：806-814.

[17] Nakajima K，Odatsu T，Shinohara A，et al. Effects of cleaning methods for custom abutment surfaces on gene expression of humangingival fibroblasts[J]. Journal of Oral Science，2017，59（4）：533-539.

[18] Yoshimura Y，Nomura S，Kawasaki S，et al. Colocalization of noggin and bonemorphogenetic protein-4 during fracture healing[J].J Bone Miner Res，2001，16（5）：876-884.

[19] Mingyue Liu，Jianfeng Zhou，Yang Yang，et al. Surface modifification of zirconia with polydopamine to enhance fifibroblast response and decrease bacterial activity in vitro：A potential technique for soft tissue engineering applications[J]. Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2015，136：74-83.

[20] Park BK，Zhang H，Zeng Q，et al. NF-kappaB in breast cancer cells promotes osteolytic bone metastasis by inducing osteoclasto-genesis via GM-CSF[J]. Nat Med，2007， 13（1）：62-69.

[21] Teughels W，Van Assche N，Sliepen I，et al.Effect of material characteristics and/or surface topography on biofilm development[J].Clin Oral Implants Res，2006，10（Suppl 2）：68-81.

[22] Grenade C，De Pauw-Gillet MC，Pirard C，et al. Biocompatibility of polymer-infiltrated-ceramic-network（PICN） materials with Human Gingival Keratinocytes （HGKs）[J]. Dent Mater，2017，33（3）：333-343.

[23] Nothdurft FP，F(xiàn)ontana D，Ruppenthal S，et al. Differential behavior of fibroblasts and epithelial cells on structured implant abutment materials：A comparison of materials and surface topographies[J]. Clin Implant Dent Relat Res，2015，17（6）：1237-1249.

[24] Forster A，Ungvari K，Gyorgyey A，et al. Human epithelial tissue culture study on restorative materials[J]. J Dent，2014，42（1）：7-14.

[25] Takamatsu Y，Simmons PJ，Moore RJ，et al. Osteoclast-mediated bone resorption is stimulated during short-term administration of granulocyte colony-stimulating factor but is not responsible for hematopoietic progenitor cell mobilization[J]. Blood，1998，92（9）：3465-3473.

[26] Neunzehn J，Luttenberg B，Wiesmann HP. Investigation of biomaterials by human epithelial gingiva cells：an in vitro study[J]. Head Face Med，2012，8（7）：35-45.

[27] Okabe E，Ishihara Y，Kikuchi T，et al. Adhesion properties of human oral epithelial-derived cells to zirconia[J]. Clin Implant Dent Relat Res，2016，18（5）：906-916.

[28] Mehl C，Kern M，Zimmermann A，et al . Impact of cleaning procedures on adhesion of living cells to three abutment materials[J]. The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants，2017，32（5）：976-984.

[29] Wang W，Zhao L，Wu K，et al. The role of integrin-linked kinase/beta-catenin pathway in the enhanced MG63 differentiation by micro/nano-textured topography[J].Biomaterials，2013，34（3）：631-640.

[30] Hirbe AC，Uluckan O，Morgan EA，et al. Granulocyte colony-stimulating factor enhances bone tumor growth in mice in an osteoclast-dependent manner[J]. Blood，2007， 109（8）：3424-3431.

（收稿日期：2020-02-13）