自固化磷酸鈣復合材料輔助即刻種植的實驗研究

李萬韜 王天玨 李元 吳迪 張述寅 莫靜珍 胡開進 周宏志

拔牙后即刻植入種植體可保存牙槽嵴高度和寬度，減少手術(shù)次數(shù)，早期恢復咀嚼功能及美觀［1］。大量研究已證實即刻種植的可靠性［2］，但即刻種植體與牙槽窩壁之間的空隙對其初期穩(wěn)定性或后期愈合的可能影響仍是困擾臨床實踐的主要問題［3－5］。骨移植可有效解決這些問題，使用人工合成骨替代材料則可以避免自體骨移植引起的供區(qū)創(chuàng)傷，目前骨替代材料的成骨效率和使用標準仍有爭議［6－7］，有必要利用組織工程技術(shù)在材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)、力學性質(zhì)、和生物活性構(gòu)建等方面作出更多的嘗試和研究［8］。

自固化磷酸鈣(calcium phosphate cement，CPC)粉體與水混合后的漿體(糊體)具有可塑性乃至可注射性，便于充填不規(guī)則骨腔;可在人體溫濕度環(huán)境中自行固化，形成較好的負載強度;固化反應產(chǎn)生類似骨無機質(zhì)的羥磷灰石等結(jié)晶，具有良好生物相容性和骨引導能力［9］;可混入生物活性分子制備具有骨誘導能力的復合材料［10］?；谶@些特性，本研究探討利用一種新型CPC復合材料輔助即刻種植，材料中加入P物質(zhì) (Substance P，SP)使具備骨誘導活性，加入膠原海綿以增強孔隙結(jié)構(gòu)［11］，通過體內(nèi)實驗測量觀察CPC復合材料對即刻種植體初期穩(wěn)定和后期骨愈合的作用。

1 材料與方法

1.1 CPC復合材料的構(gòu)建

CPC(商品名:瑞邦骨泰)【國食藥監(jiān)械(準)字2013第3460199號，上海瑞邦生物材料有限公司】，為Ca4［PO4］2O和CaHPO4等摩爾混合物;合成 SP(上海生工公司)，氨基酸序列RPKPQQFFGLM-NH2(純度＞98%);制備3%(W/V)鼠尾I型膠原溶液，－20℃真空凍干得到1 mm厚膠原海綿，剪為1 mm×1 mm×1 mm顆粒。將SP以10－3mol/L濃度溶于雙蒸水，按照2/1的粉/液比將CPC粉與SP溶液混合調(diào)拌制備漿體，將膠原海綿顆粒以30%體積比混入，固化后獲得CPC復合材料;對照組材料采用CPC與雙蒸純水調(diào)拌制備;掃描電鏡(卡爾萊司公司，德國)觀察材料斷面超微結(jié)構(gòu)。

1.2 CPC復合材料輔助固定種植體的穩(wěn)定性體外測試

自凝樹脂制備上頜尖牙牙槽窩模型，填入CPC復合材料或?qū)φ諉渭僀PC材料(n=5)，再將牙種植體(10 mm×3.5 mm，Camlog公司，德國)植入材料中央部分，37℃/100%濕度條件下自固化24 h;采用種植體穩(wěn)定性測量儀 (ISQ，Osstell公司，瑞典)測量種植體ISQ值;采用萬能材料試驗機 (島津公司，日本)，通過拔出試驗測量牙種植體脫位最大阻力，拔出加載速度1 mm/min，拔出距離2 mm。

1.3 CPC復合材料包被種植體的骨愈合能力觀察

采用健康成年雄性新西蘭白兔(6～8月齡，3.5～4 kg體重，第四軍醫(yī)大學實驗動物中心提供)，全麻下無菌手術(shù)制備股骨骺拔牙窩模型:左股骨下端區(qū)域切開皮膚和軟組織直至骨面，剝離附著肌肉肌腱暴露骨骺，用圓筒形鉆頭以160～180圈/s速度制備直徑8 mm/深度6 mm種植窩;采用直徑4 mm/長度6 mm純鈦實驗種植體(西安邦鈦生物材料有限公司)，包裹CPC復合材料或單純CPC材料，植入預備好的種植窩(圖1)，分層縫合傷口;圍手術(shù)期每日肌注青霉素4 WU/kg共7 d，觀察記錄動物恢復情況。

圖1 體內(nèi)植入(CPC)材料包被的種植體Fig 1 In vivo placement of CPC material packed experimental implant

術(shù)后4、8周分批處死取材左股骨骨骺，10%中性緩沖福爾馬林液固定48 h，PBS沖洗，70%乙醇保存;使用高分辨率Micro-CT(Inveon，德國西門子公司)掃描、以實驗種植體中軸為中心三維重建8 mm×6 mm圓柱體，精度40μm，觀察種植體周圍材料降解與新骨再生情況。標本脫水，樹脂包埋，硬組織切片，VG染色，觀察種植體骨結(jié)合情況。

1.4 統(tǒng)計方法

采用 SPSS 17.0統(tǒng)計軟件行方差分析，P＜0.05時認為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 復合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SEM顯示，單純CPC材料微孔隙多為數(shù)微米直徑，無超過50μm孔隙;CPC復合材料中膠原海綿基本保持原有形態(tài)，從而在CPC內(nèi)部構(gòu)建出大孔隙(約300μm)結(jié)構(gòu)。同時，混入SP沒有改變CPC的微晶體結(jié)構(gòu)(圖2)。

2.2 體外測試種植體穩(wěn)定性

CPC復合材料易于填充入模型牙槽窩不規(guī)則的空腔中，材料固化后可將種植體固定在牙槽窩內(nèi)。X線片示材料可緊密填充種植體周圍間隙，與種植體螺紋及牙槽窩壁貼合良好(圖3)。

圖2 CPC對照組(A)和CPC復合材料(B)SEM圖像(×300)Fig 2 SEM images of CPCcontrol(A)and CPC-composite(B)(×300)

種植體ISQ值測量對照組為74.5±2.8，實驗組68.8±1.9(P ＜0.05)。種植體拔出試驗中，由單純CPC組的種植體的拔出阻力峰值為(96.9±3.3)N，CPC復合材料組的種植體為(74.1±3.6)N(P＜0.05)。研究采用小于牙槽窩的牙科種植體，未預備種植孔，完全由實驗材料充填固定，因此，牙槽窩模型的材料性質(zhì)對2種力學測試不構(gòu)成影響，且初期穩(wěn)定性均較高。

2.3 體外觀察種植體骨愈合

Micro-CT影像顯示，術(shù)后4周對照組CPC材料基本保持其原有輪廓，術(shù)后8周有少量降解，但未見到明確的新骨長入材料降解區(qū)表現(xiàn);實驗組CPC復合材料術(shù)后4周即有顯著降解，并可見骨小梁長入材料降解的空間，術(shù)后8周材料已被新骨取代，可見大量骨小梁附著于種植體表面(圖4)。

硬組織切片證實，實驗組CPC復合材料包被的種植體術(shù)后8周實現(xiàn)骨結(jié)合，可見結(jié)構(gòu)成熟的新生骨小梁直接接觸種植體，而對照組有大量CPC材料位于種植體周圍，材料與骨組織之間界限明顯，無活躍骨再生表現(xiàn)(圖5)。

圖3 體外測試CPC材料包埋種植體的初期穩(wěn)定性Fig 3 In vitro measurement of primary stability of CPC material packed dental implant

3 討論

理想的骨替代生物材料應滿足4項基本要求:能夠植入不規(guī)則骨腔隙，能夠與骨面和種植體表面形成密切接觸，能夠承受一定負載，能夠促進新骨再生。單種材料難以滿足這些要求，為此，需要利用再生醫(yī)學技術(shù)構(gòu)建復合材料，使其不僅具備良好的物理化學性質(zhì)，還要具備良好的生物相容性、骨引導/誘導活性以及材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵要素。

圖4 Micro-CT圖像Fig 4 Micro-CT images

A:CPC對照組;B:CPC復合材料組圖5 硬組織切片染色顯示組織學特征 (×10)A:CPC control;B:CPC CompositesFig 5 Histology of hard tissue slices (×10)

單純CPC材料能夠基本滿足上述4項要求中的前3項，可用于對骨再生速度要求不高的腔狀骨缺損的替代修復。但在即刻種植條件下，對于材料降解和新骨長入的同步性有很高的要求，以保證骨愈合過程中種植體有持續(xù)的穩(wěn)定性。神經(jīng)遞質(zhì)P物質(zhì) (SP)可以動員骨髓間充質(zhì)干細胞，誘導新骨生成和血管生成［12］。本實驗采用SP活化CPC，以構(gòu)建更強的骨再生誘導能力［11］，并且將膠原海綿混入CPC漿體固化構(gòu)成多孔復合材料，以改善CPC孔隙結(jié)構(gòu)，增強SP緩釋。體外測試表明，CPC復合材料充填固定的種植體拔出阻力低于對照組，但仍達到74 N左右，拔出牙種植體時施加的力通過種植體螺紋傳遞并轉(zhuǎn)化為對充填固定材料的剪切力和壓縮力。近似于牙種植體咀嚼活動中充填材料受力的性質(zhì)，其數(shù)值大于咀嚼花生時的牙根受力(57.7+/35.7 N)，ISQ測試值也接近常規(guī)延期種植的種植體ISQ值，保證較高的初期穩(wěn)定性［13］。體內(nèi)實驗表明，CPC復合材料的降解吸收和新骨長入以較快的速度同時發(fā)生，種植體可保持持續(xù)的穩(wěn)定性，并在8周內(nèi)實現(xiàn)骨結(jié)合。本研究中，種植體由自固化材料充填 (或包被)固定于牙槽窩或?qū)嶒炐园窝栏C內(nèi)，其初期穩(wěn)定性和后期愈合能力得到初步證實，但其后期的穩(wěn)定性還有待下一步實驗的證實。

綜上所述，自固化磷酸鈣復合材料輔助即刻種植，可以簡化拔牙后種植體植入過程，并避免級差鉆孔可能引起的高溫骨損傷或壓迫性骨損傷，在許多復雜病例中，如根尖區(qū)骨缺損、或牙槽窩底貼近下頜神經(jīng)管/上頜竇等，無法采用常規(guī)預備種植孔洞，這種將種植體直接植入原有牙槽窩、通過填充材料固定的方法可能具有更為獨特的優(yōu)勢［14－15］。

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