牙周组织工程人工骨支架材料研究进展

余晓宏 综述 税艳青 审校

牙周组织再生治疗是在组织工程学原理之下提出的，它的定义是修复或重建因炎症导致软硬组织丧失或损伤的牙周组织，使缺损的牙周组织的形态结构和功能得到恢复。其基本方法是将体外培养的支架材料－种子细胞－生长因子复合物植入牙周组织缺陷部位促进软硬组织的再生及修复，从而达到重建牙周支持组织及牙周组织功能恢复的目的。支架材料是牙周组织工程的三要素之一［1］，同时也是牙周组织工程进展的重要前提及目前研究的重点。

牙周植骨术则是以牙周组织再生治疗为基础发展起来的，它采用骨或骨替代品等移植材料植入骨缺损区以促进新骨形成，诱导缺损部位的骨再生和新附着形成，恢复牙槽骨的解剖形态，从而达到牙周组织再生的目的。目前临床用于植骨术中的支架材料主要有三大类：人工合成材料，如聚乳酸、聚羟基乙酸及聚合物、羟基磷灰石及生物活性玻璃等；天然生物衍生材料，如天然骨、胶原及珊瑚等；复合材料，如原纳米羟基磷灰石和胶原凝胶复合煅烧骨等。本文就牙周组织工程人工骨支架材料的研究进展情况作一综述。

1 人工骨支架材料

1.1 聚乳酸和聚羟基乙酸

聚乳酸（polylactic acid，PLA）和聚羟基乙酸（polyglycolic acid，PGA）具有优良的生物相容性、机械强度、弹性模量和热成型性，在体内降解为二氧化碳和水，对机体无毒无害［2］，因其降解产物无毒及良好的生物相容性，已广泛用作牙周组织工程支架材料。Polimeni等［3］对21只实验性颅骨缺损成年雄性鼠进行实验研究，其中实验组选用15只大鼠接受PLA膜植入并与对照组未植入PLA膜的大鼠进行比较，结果显示实验组大鼠在处死后取出的PLA膜上有大量的新骨生成，同时发现PLA膜在植入12个月内不会完全被降解，这为组织再生提供了足够的时间，但是研究发现PLA膜在动物体内降解过程会引起异物反应。对于PLA、PGA在动物体内存在着引起邻近软组织无菌性炎症的问题有研究认为将PLA、PGA及其共聚物与其他材料相复合，形成复合材料，发挥各自优势，取长补短，可以为此类支架材料在组织工程学中的应用提供新的方向［4］。Chhabra等［5］将 PLA与 PGA以50∶50比例形成的共聚物（PLGA）单独或与聚糖乳酸910（Polyglactin 910）联合应用于临床实验，选择40名牙槽骨垂直吸收的牙周病患者在牙周基础治疗进入稳定期后进行GTR、GBR手术，结果证明两者对垂直吸收的牙槽骨疗效显著。

1.2 羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）及纳米羟基磷灰石（Nano-Hydroxyapatite，nHA）

HA是一种由生物磷酸钙人工合成材料，它广泛地存在于人体和动物骨骼中，由于其化学稳定性和生物相容性，因此可用于牙周植骨术中。Rastogil等［6］利用HA与富血小板纤维蛋白膜（Platelet-rich fibrin，PRF）治疗伴有垂直缺损的深牙周袋，结果表明牙周袋变浅、附着水平增加及影像学显示有新生骨质形成，实验利用PRF解决了骨支架材料缺乏骨诱导的缺点，并且发现HA在与来自血液的各种生长因子结合后可促进了牙周的快速再生。Okuda等［7］将体外培养骨膜与HA颗粒和富血小板血浆联合应用于治疗牙槽骨垂直吸收的牙周缺损中，实验选择了22位患有牙槽骨垂直吸收的牙周病患者进行植骨手术，并通过影像学观察五年，结果显示大量新生骨质和骨小梁形成。

但由于HA降解性能差，在人体内降解速度慢，再加上其脆性大，因此，在组织工程中的应用有一定的局限性。随着纳米技术的发展，nHA随之出现，其在纳米结构上与天然骨极为接近，具有优良的生物可降解性及合适的降解速率，解决了HA降解性能差及降解速度慢的问题。

有学者证明nHA有作为治疗药物载体的潜能，可控制细胞内、外药物在体内的释放，同时它在体内有高吸收力有利于骨组织再生［8］。Kasaj等［9］发现人牙周膜成纤维细胞能在nHA上牢固附着、增殖。Uskokovi＇c-等［8］发现nHA可通过Ca2＋作为药物在细胞内外传递的载体而起治疗作用，并且可以接合可吸收材料运用于牙周植骨术中。Suto等［10］证实了nHA通过在人牙周膜细胞中的p38促分裂原活化蛋白激酶依赖途径中可促进骨形成蛋白-2（Bone morphogenetic protein-2，BMP-2）的表达，而BMP-2已被研究表明可促进人牙周膜细胞中的成骨细胞分化，在牙周再生中起重要作用［11］。

1.3 β-磷酸三钙（β-tricalcium phosphate，β-TCP）

β-TCP作为一种是由钙、磷合成的生物活性陶瓷材料，在临床中通常作为骨移植填充物（bone graft extender），在血供丰富的受植区（如颅颌面部）或者与自体骨碎末或骨髓抽提物混合移植，均能获得很好的成骨效果［12］。β-TCP已经被证实为有潜力的骨替代品，具有良好的骨传导性能和促骨形成能力［13］。

有研究表明脂肪干细胞植入β-TCP中体外培养可诱导成骨分化［14］。还有学者体外实验研究BMP-2和地塞米松对大鼠牙囊细胞植入β-TCP支架上的影响，结果显示BMP-2和地塞米松联合作用可以显著促进大鼠牙囊细胞在 β-TCP支架上的成骨分化［15］。Bormann等［16］将 β-TCP植入 BALB／c小鼠实验性颅盖骨内，用活体荧光显微镜观察到骨代替品植入小鼠体内导致轻微炎症，但在22 d内支架完全血管化，12周内骨性结合。

但β-TCP本身脆性较大，机械性能低，在临床应用中存在局限。目前，学者将β-TCP与其他材料复合来弱化其缺点，强化其优点。有研究表明β-TCP在占40%时与纳米胶原纤维在细胞活性方面有协同作用，可提高其吸水性、亲水性、细胞黏附率及增殖速度［17］。另外，HA与β-TCP还能合成双相磷酸钙（BCP）骨修复生物陶瓷，其可通过调节HA／β-TCP的比例控制降解速率适应细胞生长速率，且其降解产物钙、磷离子的释放有利于类骨磷灰石的沉积，促进新骨形成，且能与骨组织形成化学键合。

1.4 生物活性玻璃（bioactive glass，BG）

BG是60年代末由Hench等［18］开发的一种硅酸盐玻璃骨替代材料，并且已经被应用于牙周骨组织缺损的治疗。BGs在植入牙周缺损组织后可释放可溶性硅、钙、磷和钠离子与细胞中的钙磷离子在玻璃离子界面和骨面上反应，并引起骨传导和骨诱导，最终在骨面上形成羟基磷灰石层，有利于骨组织的修复，这为临床修复牙周缺损骨组织提供依据［19－23］。有学者研究表明可通过调节BG中CaO含量来控制其在组织内的降解速度，并且发现BG降解过程不会引起组织发生炎症反应［24］。Katuri等［25］通过临床指标和 X线检查来评估脱钙冻干异体骨（demineralized freeze dried bone allograft，DFDBA）及BG的功效，实验对10位无系统性疾病被确诊为慢性牙周炎的患者进行牙周基础治疗后，选择双侧垂直骨吸引部位手术治疗并分别植入DFDBA和BG，进行为期6及12个月的观察，结果显示两种材料之间有显著差异，其中植入DFDBA部位与植入BG部位的牙周指数对比有更明显改善。

但是BG脆性高、机械强度低、生物可靠性不明确，这使得BG的发展有待完善，最终达到类似骨的机械性质。近年来，与皮质骨抗压强度相似的生物活性玻璃已经出现，使其可被应用于负重部位的骨缺损［26］。另外，也有研究将BG与nHA复合来减少BG的缺点，取得了明显的骨增量和骨整合的效果［27］。

2 展望

人工骨支架材料应用于牙周组织缺损的修复、再生有着巨大的潜力和广阔的前景，各种支架材料各有优缺点，机体组织结构是复杂的，要完整地构建牙周组织这种既有软组织又有硬组织的复合组织，支架材料的选择仍是一个亟待解决的难题。笔者认为多种材料复合成的材料及材料的纳米技术是牙周组织工程支架材料的研究方向。通过材料的不同性能并结合生长因子的调节来控制牙周膜细胞的多向分化，并最终实现真正意义上的牙周组织结构和功能的再生则是目前值得深入研究的课题。

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