鎂合金外支架輔助自體牙異位移植

常乾 沈圓 朱可石 李濤 任利玲

[摘要]目的：探索微弧氧化處理的鎂合金支架輔助自體牙異位移植的可行性。方法：拔除9只雌性比格犬（9～11 kg）的左下頜第二前磨牙、左下頜第三前磨牙和右下頜第二前磨牙，截冠得犬牙根，3Shape掃描形態制作微弧氧化鎂合金支架并裝配自體牙根，3個月后植入牙槽窩，同時植入1個鈦合金種植體和自體牙根進行對照；植入后3、6、12個月分三批處死實驗犬，每批3只。截取骨組織標本進行Micro-CT掃描、切片VG染色觀察。結果：Micro-CT結果顯示，鎂合金支架組成骨效果在各時間點均優于鈦合金組和自體牙組。VG染色結果可見，無論是在哪個時間點，鎂合金支架組的骨接觸率均高于鈦合金種植體組，自體牙組最低，且差異具有統計學意義（P＜0.05）。結論：與自體牙移植和鈦合金種植體相比，鎂合金支架輔助的自體牙異位移植可以有效促進機體形成新骨，有利于提高移植牙的初期穩定性。

[關鍵詞]鎂合金；自體牙異位移植；動物實驗；牙種植體；微弧氧化；支架

[中圖分類號]R783.1? ? [文獻標志碼]A? ? [文章編號]1008-6455（2023）08-0024-05

Magnesium Alloy Stent Assited Autologous Tooth Transplantaion

CHANG Qian1，SHEN Yuan1，ZHU Keshi1，LI Tao2，REN Liling1

（1.Department of Orthodontics，Hospital of Stomatology Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China; 2.Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China）

Abstract： Objective? This work aims to explore the feasibility of tooth heterotopic transplantaion with micro-arched oxide processed magnesium scaffold. Methods? The left mandibular second premolars， the left mandibular third premolars and the right mandibular second? premolars of 9 Beagle canine teeth were extracted， then cutting the tooth crowns. The 3Shape scanning morphology was used to make micro-arc magnesium oxide alloy brackets and assemble the autogenous roots. Three months later， they were implanted into the alveolar socket， and a titanium alloy implant and an autogenous root were implanted for comparison. The dogs were killed in three batches at 3， 6 and 12 months after implantation. The bone samples were cut for Micro-CT scanning and VG staining of sections for observation. Results? The results of micro-CT indicated that The bone composition of magnesium alloy stents is better than titanium alloy group and autologous tooth group at all time points.The result of VG staining indicated that the bone-implant contact of the magnesium alloy group was higher than that of the titanium implant group at any time point， and the autogenous tooth group was the lowest， the difference was statistically significant （P＜0.05）. Conclusion? Compared with autologous tooth heterotopic transplantation and titanium alloy implants， magnesium alloy scaffold assisted tooth transplantation can effectively promote the formation of new bone in the body， which is beneficial to improve the initial stability of the transplanted tooth.

Key words： magnesium alloy; tooth heterotopic transplantaion; animal experiment; dental implant; micro-arc oxidation; stent

自體牙移植（Autotransplantation of teeth，ATT）具有優良的生物相容性，但是供體牙與植入區人工預備牙槽窩匹配度差是影響自體牙移植成功率的重要影響因素[1-2]。同時，也極大地限制了牙移植技術的臨床應用。因此，如何提高供體牙與植入區人工預備牙槽窩匹配度，成為牙移植技術的一個研究發展方向。

鎂及其合金是新型生物醫用材料，與廣泛應用于臨床種植的鈦合金相比，鎂合金在力學性（彈性模量、密度與人體骨組織更接近）、生物相容性及促進新骨形成[3]方面更加適合作為種植體材料。然而，鎂合金在體內腐蝕速率較高，限制了其在體內的應用。經前期研究發現經440 V電壓微弧氧化處理的AZ31B鎂合金具有長期耐腐蝕性的優點[4]，且其降解后有助于成骨細胞的分化[5]。本實驗通過建立比格犬牙缺失模型，在其牙槽窩中植入裝配有微弧氧化鎂合金支架的自體牙，同時植入鈦合金種植體和自體牙作為對照，評價鎂合金支架輔助自體牙移植的可行性，以期為臨床提高自體牙異位移植成功率提供新的思路。

1? 材料和方法

1.1 研究材料

1.1.1 實驗動物：選用9只健康雌性比格犬（西安迪樂普生物醫學有限公司，所有實驗動物符合國際實驗動物要求），體重9～10 kg，年齡為12個月，隨機編號為1～9號。所有實驗動物委托中國農業科學院獸藥與畜牧研究所飼養。所有犬均采用籠中獨立圈養的方法，定時、定量攝食，自由飲水。適應性飼養2周后，進行實驗。

1.1.2 主要儀器試劑：立式壓力蒸汽滅菌鍋（LDZX-30KBS，上海申安醫療器械廠）、種植機（CHIROPRO 980，Bien Air.Swiss）、萊卡轉輪式硬組織切片機（Leica SP1600，Saw Microtome，Germany）、萊卡磨片機（Leica SP2600，Polycut Ultramiller，Germany）、Micro-CT掃描（由西安交通大學提供）WHYH-100A型設備（北京師范大學核學院）、AZ31B鎂合金（寶雞鈦液有限公司）、鈦合金種植體（OSSTEM TSⅡ，韓國）、獸用陸眠寧（西安迪樂普生物醫學有限公司）、獸用陸醒寧（西安迪樂普生物醫學有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 犬牙缺失模型的建立：本實驗經蘭州大學口腔醫學院醫學倫理管理委員會論證，編號為LZUKQ-2019-040。實驗用比格犬9只，以3%碘伏進行麻醉術區消毒，肌肉注射陸眠寧（鹽酸塞拉嗪注射液，0.03 ml/kg）全麻，前臼齒術區注射鹽酸利多卡因（1 ml）進行局部麻醉，微創拔除左側下頜第二、三前磨牙和右側下頜第二前磨牙，縫合牙齦，止血，麻醉術區注射陸醒寧（鹽酸苯噁唑0.03 ml/kg）復蘇實驗犬。拔除的犬牙經低溫冷凍保存。所有比格犬無死亡，拔牙術區愈合情況良好，術區牙齦無紅腫，無出血，無明顯感染現象。拆除縫線后，亦未見傷口感染。所有比格犬恢復情況良好。

1.2.2 鎂合金外支架的制作：每只犬選取1顆拔除的離體牙，在無菌環境下，利用高速手機磨除離體牙牙冠部分，去除牙髓、牙周膜和頸部牙齦組織見圖1A，采用3shape掃描牙根形態，數據導入Pro/E軟件中，采用AZ31B鎂合金（化學成分見表1），應用CAD/CAM系統加工制作個性化鎂合金外支架，并與離體牙裝配（見圖1B）。鎂合金外支架外形類似于牙種植體，外表面為螺紋結構，內表面與牙根相嵌合，利用根面倒凹固位。采用WHYH-100A型設備對鎂合金進行微弧氧化表面處理，用不銹鋼電解池和制作完成的鎂合金支架分別作為陰極和陽極，通過使用循環冷卻系統保證實驗時電解液的溫度恒定，通常控制在35℃以下。鎂合金支架表面處理所用的電解質是由14 g/L Na2SiO3·9H2O，4 g/L NaOH，4 g/L KF組成，處理電流為2 A，頻率為75 Hz，處理時間為20 min，處理電壓為440 V，負壓為30 V。微弧氧化處理完成后將離體牙解凍，與鎂合金外支架裝配。鎂合金外支架制作過程見圖1。

1.2.3 種植手術：犬牙拔除3個月后進行種植手術，手術前對所有實驗犬禁食水24 h。以3%碘伏進行麻醉術區消毒，肌肉注射陸眠寧（鹽酸塞拉嗪注射液，0.03 ml/kg）進行全麻，仰臥位固定實驗動物，口腔前磨牙術區以利多卡因/腎上腺素（1∶100 000）浸潤麻醉。手術刀切開分離牙齦，在標記好的種植位點處分別使用引導鉆、先鋒鉆、擴孔鉆逐級預備種植窩洞。預備種植窩洞時鉆速約1 200 r/min，種植窩制備過程中用大量含慶大霉素的生理鹽水沖洗冷卻。將裝配有鎂合金外支架的自體牙、鈦合金種植體以及自體牙分別植入比格犬下頜骨內，縫合（見圖2）。術后連續5 d給予肌肉注射青霉素（80萬單位/只）預防術后感染。種植手術10 d后拆除創口縫線。定期觀察實驗動物的創口情況及精神狀況，術后3、6、12個月分三批隨機處死實驗動物，每批3只。切取帶有種植體的下頜骨標本，大小約12 mm×8 mm×15 mm。標本用生理鹽水沖洗，4%多聚甲醛中固定48 h備用。

1.2.4 Micro-CT掃描：取包含異位移植牙、種植體和自體牙的下頜骨標本，放入并固定在容器中校對后進行掃描。掃描時保持牙齒長軸與檢查床平行并與掃描平面垂直，掃描電壓為90 kV，電流為55.0 μA，測量區域X、Y、Z軸層厚均為12.324μm。使用VG Studio3.0軟件（Volume Graphics，德國）對骨樣本掃描數據進行三維重建。

1.2.5 含種植體不脫鈣骨磨片制備及染色：所有標本進行硬組織切片及染色，使用生理鹽水洗凈標本上殘留的固定液，梯度乙醇脫水，然后在甲苯中進行透明化處理。干燥后分別浸入浸液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中各3 d，然后將樣本浸入甲基丙烯酸甲酯的容器中，將容器放入恒溫水浴箱逐漸升溫聚合直至樣品完全硬化。取出包埋有骨組織標本的容器，冷卻后將組織塊取出。對包埋塊進行修整，使用硬組織切片機將包埋好的組織塊沿種植體長軸切開制作含種植體的不脫鈣骨切片，每個包埋好的骨標本切3張。然后進行磨片染色處理，在光學顯微鏡下對含種植體的不脫鈣骨磨片進行觀察。

1.2.6 成像及種植體-骨接觸率（Bone-implant contact，BIC）檢測：使用Eclipse Ci-L拍照顯微鏡（Nikon Japan）選取組織的目的區域進行20倍成像，成像時保證每張照片的背景光一致。成像完成后使用Image-Pro Plus 6.0分析軟件（Media Cybemetics U.S.A）統一以毫米（mm）作為標準單位，分別測量每張切片種植體-骨界面總長度（Total length，TL）；測量界面種植體與骨直接接觸長度（Contact length，CL）；求出骨接觸率BIC=（CL/TL）×100%[6]；

1.3 統計學分析：使用SPSS軟件（版本22.0，USA）進行t檢驗分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2? 結果

2.1 臨床觀察結果：整個實驗過程中觀察犬的狀況及精神情況，可見種植術當天犬食欲不振，精神不佳，第2天好轉。術后傷口愈合情況良好，所有實驗動物完全康復。

2.2 Micro-CT掃描結果：術后3、6、12個月Micro-CT掃描圖像可見鈦合金植體周圍的骨結合情況良好，并且隨著植入時間的增加，植體周圍的骨質緩慢增加（見圖3A～C、見圖4A～C、圖5A～C）。而鎂合金組植體植入3個月時根尖周圍可見低密度影像，并且范圍較大；牙根周圍有少量高密度影像，說明有骨質形成（見圖3D、圖4D）。而6個月組和12個月組較三個月組低密度影像更小，高密度影像更大，說明隨時間增加，氣體在牙槽骨內被緩慢吸收，植體周圍骨質逐漸增多（見圖3D～F、圖4D～F、圖5D～F）。自體牙組可以看出，隨著植入時間的延長，牙根周圍的骨質變化不大，并且還存在一定程度的牙根吸收（見圖3G～I、圖4G～I、圖5G～I）。

2.3 硬組織切片及染色結果：硬組織切片苦味酸-品紅染色結果見圖6，3個月時，鈦合金種植體周圍骨質較少，多處種植體螺紋處沒有骨結合；鎂合金支架組牙根周圍少量骨質，與牙根附著不緊密，牙根根方殘余大量鎂合金支架降解產生的疑似氣體（見圖6D綠色箭頭）；自體牙組根方基本沒有骨質附著，存在大量炎性細胞浸潤。6個月時，鈦合金種植體周圍骨質增多，多處骨質與種植體之間存在間隙，（見圖6B黃色箭頭）；鎂合金支架組牙根周圍骨質增多，附著緊密，殘余氣體減少；自體牙組牙根周圍少量骨質，炎性細胞仍存在。12個月時，鈦合金周圍骨質緊密，與植體間間隙變小，骨結合良好；鎂合金支架組牙根周圍骨質繼續增多，牙根與周圍骨質連接緊密，骨結合良好；自體牙組牙根周圍骨質增多，炎性細胞減少。使用Image-Pro 6.0分析軟件對種植體-骨接觸界面的骨接觸率（Bone-implant contact，BIC）進行測量（見圖7）。可見各時間點鎂合金支架組的骨接觸率均高于鈦合金種植體組，自體牙組最低，且差異具有統計學意義（P＜0.05）。

3? 討論

自體牙移植是一種修復牙列缺損的外科治療方法，通過將阻生、錯位、無功能的牙齒移植到同一個體的另一位置使其在新的牙位上生存以替代缺失牙的生理功能。自體牙移植除了恢復生理功能外，還可給予頜骨及牙槽骨相應的刺激并保證其正常生長；對于缺失或缺損的牙槽骨能產生功能性刺激，促進新骨沉積，維持其完整的形態。但異位牙移植的主要問題在于供體牙與待移植區牙槽窩形態不匹配[6]。已有研究表明，在移植手術操作過程中盡量減少對供體牙牙周膜損傷，對提高自體牙移植成功率有直接影響。一方面，供體牙與待移植區牙槽窩形態不匹配需反復多次擬合，由此會增加對于供體牙牙周膜的損傷[7]。另一方面，供體牙牙根與待植入區牙槽窩間間隙越小其愈合時間越短、愈合效果越好[8]。進一步研究表明，當供體牙牙根與待植入區牙槽窩間距在0.5～1 mm時最利于愈合；而當兩者間隙大于5 mm時，會延長愈合時間、增加移植失敗的概率[9]。基于以上原因，本研究設想利用一種生物可降解材料作為外支架，解決牙槽窩與供牙不匹配的問題，同時，該材料具有適宜的力學性能、良好的生物相容性和低生物毒性，以及適合組織愈合的降解性能，以促進移植牙的良好愈合。

生物醫用金屬材料在骨科及口腔修復領域至關重要。由于鎂合金相對于其他材料（例如鈦合金和不銹鋼）的優勢，近年來人們對其進行了廣泛研究[10-11]。然而，鎂合金在生理溶液中極易腐蝕，這阻礙了其安全有效地應用于人體[12]。針對這個問題，人們采用了多種方法對鎂合金進行改性處理，其中，微弧氧化技術簡單、高效、清潔，成了研究的熱點[13]。

本實驗將AZ31B鎂合金表面進行微弧氧化處理制作自體牙根支架，并將其移植到比格犬缺失牙模型上，通過Micro-CT檢測和組織學檢測觀察移植牙的愈合及成骨情況，同時植入鈦合金種植體、自體牙進行三者對比，對鎂合金支架應用于自體牙異位移植領域提供實驗依據。通過Micro-CT對樣本進行掃描重建，結果表明相較于自體牙移植和鈦合金種植體，鎂合金支架具有良好的成骨能力，但是植入前期牙根周圍仍有疑似氣體的低密度影像，說明鎂合金支架的降解速率仍然大于比格犬機體的吸收速率，這會不會影響到組織愈合以及會不會產生細胞毒性還需要進一步研究。以往研究表明，當鎂合金的降解速率與組織愈合各階段相匹配且腐蝕方式為均勻腐蝕時，才能實現鎂合金植入物的可控降解[14]。組織學切片染色觀察可見，鎂合金支架組牙根周圍基本沒有炎性細胞聚集且牙根周圍骨量較多，可以判斷，鎂合金支架具有良好的成骨作用及保證移植牙良好的初期穩定性的作用。模擬鎂合金外支架應用于牙移植的三維有限元研究也得出了相同的結論[15]。另外，種植體植入后即可負載是否會影響初期穩定性也存在爭議。有學者認為種植體植入后不應使種植體即刻負載，以順利達到良好的骨性結合[16]；而另有些學者認為，種植體植入后即刻負載與延期負載對其長期穩定性影響差異無統計學意義[17]。本實驗采用截冠的方法去除牙冠，使種植體不受咬合力，避免了咬合力對種植體愈合的影響，而在臨床移植牙的過程中無法去除移植牙的牙冠，這個問題還需要進一步實驗研究。

由于本研究納入樣本量較少，檢驗效能相對較低，因此后續研究將進一步擴大樣本量，對鎂合金支架輔助的自體牙異位移植能更有效促進機體形成新骨，有利于提高移植牙的初期穩定性進行更深入研究。

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[收稿日期]2022-09-21

本文引用格式：常乾，沈圓，朱可石，等.鎂合金外支架輔助自體牙異位移植[J].中國美容醫學，2023，32（8）：25-29.