發現種植體的過程，充滿驚喜

周建

重要的科學發現偶爾也要靠運氣。科學家們在專注于某一領域的研究時，可能會有一些意料之外的發現。有的人忽視這些發現，有的人則會從中獲得靈感，從而開辟一個全新的研究領域。

20世紀60年代的一個“ 意外發現”，就催生了口腔醫學領域中最重要的發明之一——現代牙科種植體。

“釘子”

人類的牙根（如圖一）通過纖維結締組織（即牙周膜），錨定于牙槽骨上。人類終生只有一副恒牙，當牙齒因疾病或外傷缺失時，牙科治療的主要目標就是修復缺失牙齒。最理想的缺失牙齒修復方式是利用現代組織工程技術在試管中再生出一顆新牙，而這種修復方式獲得成功的前提，是我們的身體必須把這顆新牙齒當成是“自己人”，而不是“外來物”。

不過，即使這項技術在實驗室中得以實現，要想進行大范圍的臨床應用，還要面對治療周期長、費用高等問題。目前，臨床上修復缺失牙齒的兩種常用方法，是可摘活動義齒修復和固定義齒修復。種植修復是修復缺失牙齒的第三種方案。

這項技術是在缺失牙齒相應的牙槽骨上植入一顆“釘子（種植體）”來代替牙根，然后在種植體上安裝人工牙冠。牙醫們長期以來一直致力于尋找合適的材料，既能讓種植體穩固地保留在牙槽骨內，又能讓種植體不被機體排斥。牙科種植體發展史上，被應用過的材料包括金、不銹鋼、象牙，甚至還有貝殼和珊瑚。這些材料制成的種植體被植入牙槽骨后，種植體與牙槽骨之間往往會形成一層纖維組織膜，而不會形成像牙周膜一樣的可以穩固地連接牙根和牙槽骨的束狀纖維結構。而且，這層纖維組織膜的存在，往往會導致種植體在牙槽骨內發生持續的輕微移動，最終導致種植體松動，甚至脫落。

目前使用的牙科種植體的材料發明純屬偶然，其發明地不是在擁有大量牙學院和研究機構的美國和英國，而是在瑞典;發明者所學專業甚至與牙醫學完全不相關——他既不是牙醫，也不是牙醫學研究人員。

“小玻璃窗”

這個故事發生在20世紀50年代的瑞典隆德大學。一位年輕的整形外科醫生正在此地從事骨生物學方面的研究，他名叫P-I·布倫馬克。為了更加深入地了解骨折的愈合過程，布倫馬克醫生從研究活體動物體內的骨髓細胞開始入手。為了觀察活體動物體內的骨髓細胞，他根據早期的研究經驗，研發了一個精巧的裝置來觀察活體兔子后肢骨髓腔內的細胞：這一裝置由金屬鉭構成圓形支架，中間鑲嵌玻璃。他在兔子后肢骨上鉆出一個小孔并暴露骨髓腔，然后，中間鑲嵌玻璃的金屬鉭支架被用鉭金屬釘固定在暴露骨髓腔的小孔中。這樣，布倫馬克醫生就可以通過這個“小玻璃窗”，利用顯微鏡觀察活體兔子體內的骨髓細胞。實驗結束后，昂貴的金屬鉭釘和鉭支架可以輕松地從骨組織上取下來被再次利用。

由于布倫馬克無法確保自己每次都能獲得昂貴的金屬鉭來制作“小玻璃窗”的支架，所以，他決定換一種金屬材料。當時，金屬鈦正逐漸被應用于軍事工業和航空工業。盡管當時對金屬鈦處理和塑形的技術要求相當高，布倫馬克還是成功地設計了一種用于支撐“小玻璃窗”的鈦支架。當把鈦支架植入兔子后肢骨內后，布倫馬克驚喜地發現，金屬鈦可以被機體完美耐受，鈦支架周圍的機體組織沒有出現任何炎癥反應和排斥反應。

幾個月之后，當實驗結束時，布倫馬克驚訝地發現，與之前使用金屬鉭支架截然不同的是，金屬鈦支架緊密地與骨結合在一起，以至于他根本無法將它們取下并再次利用。這個至關重要的發現，對他未來的人生和事業產生了巨大的影響。

“骨結合”

1960年，布倫馬克前往瑞典哥德堡大學解剖學系任職。在這里，他組建了一個由多學科研究人員參與的研究團隊，繼續從不同學科的角度研究骨生物學。當時，他心目中最重要的研究項目就是關于金屬鈦的課題。因為，如果金屬鈦能夠與骨組織很好地結合并能夠負重，它極有可能成為第一種可以用于制造人體內贗復體的金屬材料。

通過一系列嚴謹的實驗，布倫馬克證實骨組織可以直接與金屬鈦的表面結合，兩者之間不形成任何纖維組織層，他將這一獨特的現象命名為“骨結合”。 這一現象產生的原因，是金屬鈦的表面存在一層極薄的氧化層，當金屬鈦種植體植入骨組織后，大量重要的生物活性分子（如生長因子）可以聚集到種植體表面，誘導成骨細胞直接附著到金屬鈦表面，分泌形成新的骨組織。

這一時期，布倫馬克及其團隊之所以能夠克服面臨的種種困難，成功發現并證實“骨結合”現象，完全依賴于整個團隊具備以下卓越的能力：

1.能夠設計、制造出高質量，具有合理成分和形態的純金屬鈦種植體。

2.能夠在盡量減小手術創傷的前提下，在骨組織上制備與種植體完美匹配的孔洞。

3.能夠在完全無菌的條件下進行手術操作。

手術流程

作為一名整形外科醫生，布倫馬克傾向于在自己的專業領域內進行第一批金屬鈦種植體的臨床試驗，如將鈦種植體植入上肢骨或下肢骨內。但他很快就意識到患者這些部位的骨組織解剖位置較深，手術暴露骨組織表面，存在損傷肌肉、神經和血管的風險。幸運的是，他想到了牙醫們所熟悉的牙槽骨。

對于牙醫來說，在牙槽骨上鉆一個容納金屬鈦種植體的洞，不存在上述困難和風險。事實上，在牙槽骨上鉆個孔相當容易，只要翻開牙齦就能暴露出牙槽骨。

1969年，《斯堪的納維亞整形和重建外科雜志》刊登了世界上第一篇金屬鈦種植體修復缺失牙齒動物實驗的文章，題目是《牙科修復體的骨內支抗》。文章介紹了利用狗牙槽骨進行金屬鈦種植體的體內研究，結果表明，90顆金屬鈦種植體在狗牙槽骨內成功存留達4年。該研究采用了分期手術過程，這一手術流程一直沿用至今。