人工骨修復(fù)牙槽骨缺損的研究進展

王 剛(綜述)，張文云(審校)

人工骨修復(fù)牙槽骨缺損的研究進展

王 剛(綜述)，張文云(審校)

牙種植；人工骨；骨缺損

牙齒缺失后行種植修復(fù)是目前較為先進的一種修復(fù)方式，但牙齒缺失后局部解剖關(guān)系的改變導(dǎo)致的骨量不足，以及牙槽骨的不斷吸收所致的牙槽骨寬度和高度的降低，均會影響種植修復(fù)效果。因此，應(yīng)用骨移植的方法，在種植手術(shù)前增加骨量及牙槽骨的寬度和高度，可以提高義齒種植的臨床成功率。自體骨移植雖有較高的成骨性，但來源受限，且會給患者帶來額外的痛苦及風(fēng)險。異體骨、異種骨移植則會因抑制物本身較高的抗原性，而導(dǎo)致植入后免疫排斥反應(yīng)的發(fā)生。人工骨則可有效避免上述移植方法所引起的各種并發(fā)癥?，F(xiàn)對口腔種植中人工骨替代材料綜述如下。

1 無機材料

1.1 羥磷灰石(hydroxylapatite,HA)和納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA) HA主要由鈣和磷構(gòu)成，它是自然骨的主要無機部分，也是骨組織的主要承力者，其理化性質(zhì)與骨皮質(zhì)和牙釉質(zhì)幾乎完全相同。HA具有良好的生物相容性和生物活性[1]，能夠為新骨形成提供生理支架，并與骨組織形成直接的骨性結(jié)合，是良好的硬組織替換材料。HA常作為不可吸收的骨替代材料應(yīng)用于牙槽嵴的擴增[2]。同時，多孔羥磷灰石具有促進血管長入及成骨細(xì)胞黏附、增殖的最佳孔徑，以其為支架填充骨髓基質(zhì)干細(xì)胞進行牙體種植，可有效增加骨組織的形成[3-4]。黃桂林等[5]選取于拔牙后的牙槽窩內(nèi)即刻植入羥基磷灰石微粒人工骨的31例患者，對術(shù)后患者拔牙創(chuàng)出血、牙槽嵴高度、干槽癥等指標(biāo)進行臨床觀察及X射線片檢查。研究發(fā)現(xiàn)，全部患者術(shù)后創(chuàng)口愈合良好，無出血、干槽癥發(fā)生，X射線片可見牙槽高度恢復(fù)良好，牙槽窩內(nèi)羥基磷灰石存在。但純羥基磷灰石的陶瓷脆性大，抗彎強度較低，韌性差，并不能較好地滿足臨床需要[6]。同時，HA的生物降解性較差，不能參與人體新陳代謝，臨床長期應(yīng)用效果不理想。因此，研究者將目光投向了粒徑為1～100 nm的超微粒子(nHA)。nHA在結(jié)構(gòu)上與自然骨更加接近，其具有較高溶解度、較大表面能、較強吸附性及良好的生物相容性，且無細(xì)胞毒性，同時nHA所具有的體積效應(yīng)以及表面效應(yīng)，使其在生物學(xué)和力學(xué)方面有極大的優(yōu)越性和應(yīng)用潛力[7]。Thian等[8]經(jīng)體外研究發(fā)現(xiàn)，人體類成骨細(xì)胞在nHA表面生長速率較其他材料明顯提高。

1.2 磷酸三鈣(tricalcium phosphate,TCP)及磷酸鈣骨水泥(calcium phosphate cement,CPC) TCP較HA有更大的溶解性，植入體內(nèi)后能很快被吸收并形成富含磷酸鈣的微環(huán)境，以促進移植物與宿主骨連接。但有學(xué)者認(rèn)為[2]，牙槽周圍的破骨細(xì)胞受到磷酸鈣晶體的刺激，從而引起成骨細(xì)胞活性增強，促進新骨形成。CPC是近年來被廣泛應(yīng)用于頜骨缺損修復(fù)及填塞拔牙創(chuàng)以保持牙槽嵴高度等方面的一種生物材料[9]。CPC具有良好的生物相容及安全性，植入后不會引起免疫排斥反應(yīng)和溶血反應(yīng)，較高的界面結(jié)合強度避免了骨結(jié)合面微動現(xiàn)象及骨水泥磨損顆粒導(dǎo)致的新骨溶解現(xiàn)象的發(fā)生，其在本身降解的同時，還可以引導(dǎo)骨組織以“爬行替代”的過程進行修復(fù)，完成骨重建[10]。值得注意的是，CPC孔隙率較低，降解速度慢且強度和韌性較差，作為骨組織修復(fù)中的骨替代材料，其生物性能及理化性質(zhì)還有待進一步提高。

1.3 生物活性玻璃(bioactive glass,BAG) 生物活性玻璃是一種以硅酸鹽玻璃為主要組成的生物活性材料，其既有成骨性，又有骨誘導(dǎo)性。當(dāng)BG暴露于組織液中時，其表面會形成富含硅的凝膠層，而頂部也會形成一層磷酸鈣層，其主要作用為促進成骨細(xì)胞吸收和富集，以形成額外的細(xì)胞外基質(zhì)礦化[11]。Tavakoli等[12]則認(rèn)為，納米生物活性玻璃功能類似于生物磷灰石，但其具有更大的表面積，改善細(xì)胞黏附，增強成骨細(xì)胞的增殖和分化，能夠增加牙周組織再生和種植體的礦化，且其體外實驗研究表明，在4 mg/ml以下濃度時，新型納米生物活性玻璃對牙周成纖維細(xì)胞為無遺傳毒性。

1.4 生物醫(yī)用金屬材料 生物醫(yī)用金屬材料是用作生物醫(yī)學(xué)材料的金屬或合金。鈦金屬的比重與人骨相近，其合金強度較純鈦高且彈性模量與人體自然骨相近，可有效減少應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，其主要應(yīng)用于人工牙根等方面。在鈦合金表面加上金屬鍶涂層，能有效促進成骨及增強金屬與骨的結(jié)合作用[13]。但有研究表明[14]，鈦合金在人工唾液的腐蝕下腐蝕孔數(shù)目明顯增多，其中部分孔徑明顯增大，相較生理鹽水及模擬人工體液而言腐蝕情況最為嚴(yán)重，提示臨床應(yīng)用中應(yīng)給予該現(xiàn)象足夠的重視。鎂及鎂合金為生物可降解植入材料，作為牙種植及口腔修復(fù)材料具有良好的生物相容性和合適的力學(xué)性能，且表面含有鎂離子的材料可明顯促進骨細(xì)胞附著，但腐蝕速度過快問題是影響其廣泛臨床應(yīng)用的關(guān)鍵[15]。除腐蝕問題外，增加植入的金屬材料與機體組織的結(jié)合力及生物相容性，提高其安全性是臨床應(yīng)用的主要問題。

2 復(fù)合材料類

類骨質(zhì)羥磷灰石(SBR)是由HA與TCP構(gòu)建的一種復(fù)合材料，SBR具有平均粒徑為500 μm和70%高空隙率的特點，對于細(xì)胞黏附、組織長入和降解較為有利。在兔下頜骨臨界性骨缺損修復(fù)試驗中，SBR于修復(fù)早期即可見到大量成骨細(xì)胞長入及骨基質(zhì)和骨小梁的形成，且在骨修復(fù)后期可被正常組織替代，表現(xiàn)出良好的可降解性及骨再生及引導(dǎo)作用[16]。

殼聚糖(羧甲基脫乙酰殼多糖，CS)為帶正電荷高分子聚合物，可被機體溶解酶所降解，但不與體液發(fā)生反應(yīng)，具備良好的生物相容性和改善混合物劑型與流動性的作用，且具有一定促進骨形成功能[17-18]。將殼聚糖制成微球添加至磷酸鈣骨水泥中，植入初期可使骨水泥有足夠的力學(xué)強度，中后期的骨水泥則可隨殼聚糖微球的降解形成利于成骨細(xì)胞黏附、長入、增殖及利于體液流動的多孔結(jié)構(gòu)[19]，以加速骨缺損的修復(fù)過程。以羥基磷灰石/殼聚糖為基質(zhì)構(gòu)建載有甲硝唑的復(fù)合微球并將其填充入骨缺損部位，在引導(dǎo)骨生成、促進骨修復(fù)的同時，可實現(xiàn)對藥物的控制釋放(3 d內(nèi)對甲硝唑的釋放達(dá)到82%左右)，更有針對性地預(yù)防傷口感染作用[20]。

近年來碳納米管(carbon nanotube)、膠原蛋白(collagen)以及碳納米管與膠原蛋白的復(fù)合材料在組織工程學(xué)領(lǐng)域得到了極高的關(guān)注，它們的特點在于有較小的異物反應(yīng)，有良好的內(nèi)在抗菌特性、生物相容性及生物降解性，并且能被塑造成各種形狀結(jié)構(gòu)(如多孔結(jié)構(gòu))，適合細(xì)胞長入、擴散以及分化，而接枝膠原蛋白和其他天然及合成聚合物與碳納米管的合并，可增加這些復(fù)合材料的機械強度，碳納米復(fù)合材料也因此成為組織工程中人工骨及骨再生的較有潛力的應(yīng)用材料[21]。

隨著科技的不斷進步及科研的拓展和深入，增強材料對成骨細(xì)胞的黏附力，在保證骨傳導(dǎo)的前提下，加強骨誘導(dǎo)作用；調(diào)節(jié)生物材料的降解速度，使之與新骨的形成速度相匹配；完善納米技術(shù)制備生物材料的制備工藝等的研究，將是今后繼續(xù)探索人工骨替代材料臨床應(yīng)用的目標(biāo)。人工骨材料修復(fù)骨缺損將會具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1] Gosima J,Goldberg VM,Caplan AI.Osteogenic potential of culture-expended rat marrow cells as assayed in vivo with porous calcium phosphate ceramic[J].Biomaterials,1991,12(2):253-258.

[2] 薛莉.骨替代材料在口腔種植中的研究進展[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志,2008,35:306-308.

[3] Kuboki Y,Jin Q,Takita H.Geometry of carriers controlling pheno-typic expression in BMP-2 induced osleogenesis and chondrogenesis [J].Bone Joint Surg Am,2001,832A(Supp 11):105-115.

[4] 胡孝麗,陳士龍.骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在口腔頜面組織修復(fù)中的研究進展[J].口腔醫(yī)學(xué)研究,2009,25(5):662-663.

[5] 黃桂林,李華林,謝文楊,等.羥基磷灰石人工骨微粒植入牙槽窩的臨床應(yīng)用研究[J].臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志,2004,20(2):91-92.

[6] Borum-Nicholas L,Wilson OC Jr.Surface modification of hydroxya-patite.Part Ⅰ dodecyl alcohol[J].Biomaterials,2003,24(21):3671-3679.

[7] 齊保闖,唐輝,周田華,等.納米羥基磷灰石骨修復(fù)材料研究進展[J].國際骨科學(xué)雜志,2010,3(5):305-308.

[8] Thian ES,Huang J,Ahmad Z,et al.Influence of nanohydroxyapatite patterns deposited by electrohydrodynamic spraying on osteoblast response[J].J Biomed Mater Res A,2008,85(1):188-194.

[9] Mangano C,Scarano A,Iezzi G,et al.Maxillary sinus augmentation using an engineered porous hydroxyapatite:a clinical,histological and transmission electron microscopy study in man [J].Oral Implantol,2006,32(3):122-131.

[10] 殷桂華,韓澤民.磷酸鈣骨水泥在骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用[J].中國康復(fù)理論與實踐,2011,17(12):1139-1141.

[11] Anderegg CR,Alexander DC,Freidman MA,et al.Bioactive glass particulate in the treatment of molar furcation invasions[J].J Periodontol,1999,70:384-387.

[12] Tavakoli M,Bateni E,Rismanchian M,et al.Genotoxicity effects of nano bioactive glass and NovaBone bioglass on gingival fibroblasts using single cell gel electrophoresis(comet assay):an in vitro study[J].Dent Res J(Isfahan),2012,9(3):314-320.

[13] Park JW.Increased bone apposition on a titanium oxide surface incorporating phosphate and strontium[J].Clin Oral Lmplants Res,2011,22(2):230-234.

[14] 張東,張普亮,潘曉婧,等.醫(yī)用鈦合金在3種不同生理電解液中的耐腐蝕行為[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(34):6689-6692.

[15] 張佳,宗陽,付彭懷,等.鎂合金在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(29):5747-5750.

[16] 張衛(wèi)群,王宜人,巢永烈.類骨質(zhì)羥磷灰石和自體骨修復(fù)兔下頜骨臨界性骨缺損的研究[J].華西口腔醫(yī)學(xué)雜志,2010,28(2):124-127.

[17] Lu Guang-yuan,Zhu Lin,Kong Li-jun,et al.Porous chitosan microcarriers for large scale cultivation of cells for tissue engineering:fabrication and evaluation[J].Tsinghua Sci&Tech,2006,11(4):427-432.

[18] Sinha VR,Singla AK,Wadhawan S,et al.Chitosan microspheres as a potential carrier for drugs[J].Int J Pharm,2004,274(1/2):1-33.

[19] 董利民,王晨,昝青峰,等.殼聚糖微球/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料動物體內(nèi)植入實驗研究[J].稀有金屬材料與工程,2009,38(2):854-858.

[20] 李湘南,陳曉明,彭志明,等,納米羥基磷灰石/殼聚糖載藥微球的制備及性能[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,42(5):1232-1237.

[21] Fernanda MP Tonelli,Anderson K Santos,Katia N Gomes,et al.Carbon nanotube interaction with extracellular matrix proteins producing scaffolds for tissue engineering[J].International Journal of Nanomedicine,2012,7:4511-4529.

成都軍區(qū)“十二五”醫(yī)學(xué)科研課題(C12049)

650032 昆明，成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院口腔科

張文云，電話：13888500310；E-mail：wenyunzh88@126.com

R 782.12

A

1004-0188(2014)04-0455-02

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.04.046

2013-01-11)