牙本質(zhì)生物改性與牙本質(zhì)粘接耐久性

孫翔 余凡 許榮宸 李鋒 綜述 黃鸝 審校

1 牙本質(zhì)粘接界面穩(wěn)定性與膠原降解

不管是全酸蝕粘接還是自酸蝕粘接，牙本質(zhì)粘接依賴于混合層的形成。牙本質(zhì)在磷酸或酸性單體的作用下，溶解組織中礦物質(zhì)并提供粘接劑樹脂滲透的通道，粘接樹脂包裹酸蝕暴露的膠原，通過光固化后獲得樹脂雜化層，這是形成粘接固位的基本原理。牙本質(zhì)粘接界面含有豐富的膠原等有機(jī)成分，存在這較大的降解風(fēng)險(xiǎn)[1]：一方面，無論是采取何種酸蝕方法，粘接劑滲入的深度均無法達(dá)到酸蝕脫礦的深度，導(dǎo)致混合層底部存在未被樹脂單體包裹保護(hù)的膠原成分；另一方面，牙本質(zhì)粘接界面存在利于膠原降解的微環(huán)境。首先，酸蝕會(huì)激活牙本質(zhì)內(nèi)源性基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)、半胱氨酸組織蛋白酶(cysteine cathepsins)等，引起牙本質(zhì)有機(jī)質(zhì)降解；其次，由于牙本質(zhì)小管的高滲透性及粘接劑的親水性，粘接界面存在水樹、水通道、水泡等現(xiàn)象造成水吸收，形成膠原或樹脂降解微環(huán)境；此外，樹脂的水解會(huì)進(jìn)一步增加暴露的膠原。上述多因素共同作用最終導(dǎo)致粘接界面結(jié)構(gòu)破壞、粘接失效[2]。這是目前普遍認(rèn)為的粘接修復(fù)體使用壽命不長(zhǎng)的根本原因。因此，抑制牙本質(zhì)粘接界面膠原酶解，將從源頭阻止粘接界面退變。

2 牙本質(zhì)生物改性

為了提高牙本質(zhì)粘接的耐久性，通過酶抑制劑如氯己定、季銨鹽等來阻斷內(nèi)源性酶對(duì)膠原的作用[3]。酶抑制劑能短期保持基質(zhì)中膠原的完整性，卻也無法恢復(fù)膠原的機(jī)械強(qiáng)度，因此仍易于發(fā)生內(nèi)聚破壞[4]。

此外，還可以從改善膠原降解耐受性的角度出發(fā)。膠原憑借天然交聯(lián)狀態(tài)賦予生物組織拉伸強(qiáng)度及抗酶解能力[5]。隨著學(xué)者們對(duì)膠原交聯(lián)狀態(tài)重要作用認(rèn)識(shí)的深入，利用交聯(lián)劑的交聯(lián)作用穩(wěn)定脫礦牙本質(zhì)膠原成為牙本質(zhì)改性研究的新熱點(diǎn)，并由此誕生了“牙本質(zhì)生物改性(biomodification)”的新理念，即應(yīng)用外源性膠原交聯(lián)劑發(fā)揮交聯(lián)作用，增強(qiáng)膠原纖維網(wǎng)機(jī)械性能，同時(shí)控制細(xì)胞外基質(zhì)生物降解[4]。

2.1 交聯(lián)劑

戊二醛(glutaraldehyde，GA)是公認(rèn)高效的交聯(lián)劑，它的兩個(gè)醛基與膠原分子肽賴氨酸殘基和羥基賴氨酸殘基上的ε-氨基結(jié)合，形成Schiff堿類交聯(lián)鍵[6]。采用5%的戊二醛水溶液對(duì)酸蝕脫礦后的牙本質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理,可以提高脫礦牙本質(zhì)的彈性模量和拉伸性能，并通過提高機(jī)械強(qiáng)度，提高粘接降解的抗性[7～8]。目前關(guān)于GA預(yù)處理是否會(huì)提高即刻牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度仍有爭(zhēng)議，但是均認(rèn)為其能大幅提高牙本質(zhì)粘接的耐久性[3]。GA具備較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，限制了其臨床應(yīng)用。

碳化二亞胺(carbodiimide,EDC)含有RN=C=NR結(jié)構(gòu)，與羧基反應(yīng)生成O-?；愲澹せ疃嚯闹泄劝彼岷吞於彼釟埢械聂然?，使得相鄰蛋白鏈間形成酰胺共價(jià)交聯(lián)。EDC預(yù)處理可以顯著提高牙本質(zhì)的彈性模量、硬度、熱變性溫度，交聯(lián)后的膠原穩(wěn)定性增加[9]；0.3 mol/L EDC預(yù)處理后進(jìn)行全酸蝕或自酸蝕粘接，盡管不能提高即刻粘接強(qiáng)度，但可以在1 年內(nèi)有效維護(hù)粘接界面的結(jié)構(gòu)完整性[10]。Zhang等[11]對(duì)粘接界面進(jìn)行納米動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)0.4 mol/L EDC處理可以有效保護(hù)混合層的粘彈性。Turco等[12]研究了模擬咀嚼力循環(huán)條件下粘接界面的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)EDC處理可以抑制MMPs等對(duì)膠原的降解。

與化學(xué)合成的交聯(lián)劑相比，植物來源的交聯(lián)劑對(duì)人體無毒性、具有良好的生物安全性，因此受到越來越多的關(guān)注。原花青素(proanthocyanidins，PA)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)、桔皮苷(hesperidin，HPN)等，均屬于多酚類物質(zhì)，可以通過酚羥基來發(fā)揮交聯(lián)作用，提高膠原的理化性能。

PA廣泛存在于水果、種子和鮮花中，通過共價(jià)、離子、氫鍵或疏水鍵發(fā)揮交聯(lián)作用[13]。6.5%的PA處理可以增加脫礦牙本質(zhì)的極限拉伸強(qiáng)度和彈性模量[14]。將其加入到酸蝕劑中在脫礦的同時(shí)可以穩(wěn)定膠原結(jié)構(gòu)，阻止酸蝕后膠原網(wǎng)塌陷，促進(jìn)粘接樹脂滲透[15]。研究表明PA預(yù)處理1 h可以增加混合層即刻或老化后的彈性模量和硬度及粘接強(qiáng)度，粘接界面在循環(huán)載荷、模擬體液或酶溶液中均能保持穩(wěn)定[7,16-17]。PA的分子質(zhì)量較大，其作用時(shí)間可能需要10 min～1 h，而且其顏色較深造成牙本質(zhì)染色，影響美學(xué)效果[18]。

EGCG是從綠茶中提取的一種成份，含有多個(gè)羥苯?；鶊F(tuán)，可通過氫鍵和多酚疏水作用與膠原肽鏈殘基的氨基等發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)膠原交聯(lián)[19]。通過EGCG交聯(lián)處理可以提高膠原的機(jī)械性能和耐酶解性能[4]。Sun等[20]在模擬牙髓腔靜壓力的條件下，使用EGCG對(duì)牙本質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)0.1%濃度的EGCG能改善脫礦牙本質(zhì)的疏水性，增加了膠原的熱穩(wěn)定性和熱循環(huán)后的粘接強(qiáng)度，并顯著減少了粘接界面的納米滲漏。還有實(shí)驗(yàn)通過雙鍵轉(zhuǎn)化率測(cè)試以及拉伸強(qiáng)度測(cè)試證實(shí)EGCG可以有效提升牙本質(zhì)粘接耐久性[21]。

HPN是一種從柑橘類水果中提取的糖苷類黃酮，目前其交聯(lián)機(jī)制還不清楚，但由于其分子中含有酚羥基，因此其作用原理可能類似于原花青素類[19]。Islam等[22]研究發(fā)現(xiàn)0.5%濃度的Hsd和PA、EGCG均可提高脫礦牙本質(zhì)的極限拉伸性能，提高膠原耐酶解的能力[19]；將2%濃度的HPN加入到自酸蝕粘接劑的primer中可以提高即刻和老化粘接強(qiáng)度，5%濃度HPN能使得膠原纖維的結(jié)構(gòu)在1 年內(nèi)保持完整。

2.2 光氧化交聯(lián)

除了上述交聯(lián)劑引發(fā)的化學(xué)交聯(lián)外，廣泛用于眼科疾病治療的光氧化交聯(lián)也可以用來對(duì)牙本質(zhì)進(jìn)行生物改性[23]。在UVA或UVB等特定波長(zhǎng)光作用下，光敏劑如核黃素(Rf)、玫瑰紅等光敏劑受到激發(fā)產(chǎn)生活性氧，通過氧化作用誘導(dǎo)膠原纖維氨基間形成交聯(lián)，可以顯著提高膠原的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性及酶解抗性[4,24]。1%濃度的Rf預(yù)處理5min以上可以穩(wěn)定粘接界面，減少納米滲漏，但存在牙本質(zhì)染色的風(fēng)險(xiǎn)[4,16]。殼聚糖可增加氨基反應(yīng)位點(diǎn)，提供更多的交聯(lián)部位，因此將Rf接枝到殼聚糖表面，可以減少Rf的添加濃度及減少作用時(shí)間[25]。

3 牙本質(zhì)生物改性與酶抑制

牙本質(zhì)生物改性除了能提高膠原的機(jī)械性能，增強(qiáng)組織對(duì)蛋白水解酶的耐受性，研究發(fā)現(xiàn)大部分生物改性劑的運(yùn)用還可以抑制MMPs或組織蛋白酶的活性，這也被認(rèn)為是交聯(lián)劑提高粘接界面酶解抗性的另一個(gè)重要原因[3]。首先，膠原纖維交聯(lián)后其空間構(gòu)象發(fā)生了變化，使其不利于與酶識(shí)別和結(jié)合；其次，非特異性的交聯(lián)劑如EDC、PA等可能使得內(nèi)源性的MMPs或組織酶發(fā)生交聯(lián)，降低活性位點(diǎn)的分子移動(dòng)性，或使酶的催化區(qū)域發(fā)生不可逆性改變從而喪失催化活性[26]；也可能作用于非催化區(qū)域，通過變構(gòu)抑制影響酶對(duì)膠原的解螺旋作用[27]。另外，交聯(lián)劑還可能作用于牙本質(zhì)基質(zhì)中的非膠原蛋白如胎球蛋白A，牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1等，抑制MMPs的激活[2]。

4 牙本質(zhì)生物改性與粘接界面再礦化

粘接界面酸蝕后膠原周圍的礦物質(zhì)被溶解，暴露的膠原因此直接與酶接觸發(fā)生降解。能起到牙本質(zhì)生物改性作用的交聯(lián)劑可以改變局部的脫礦-礦化平衡。研究發(fā)現(xiàn)膠原經(jīng)過交聯(lián)處理后，膠原結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定，在一定程度上能阻止膠原纖維內(nèi)外的鈣離子、氫離子等擴(kuò)散，抑制脫礦[28]。同時(shí)，PA、EGCG等所含的大量酚羥基與局部微環(huán)境中的鈣離子絡(luò)合，形成水溶性含鈣絡(luò)合物，并通過酚羥基與膠原蛋白或非膠原蛋白的氨基發(fā)生反應(yīng)，從而將鈣轉(zhuǎn)移到病損部位，促進(jìn)粘接界面處的礦物質(zhì)沉積[29-30]。牙本質(zhì)膠原經(jīng)GA交聯(lián)處理后引入了羰基，為羥基磷灰石的成核提供親和性位點(diǎn)，誘導(dǎo)礦物質(zhì)沉積，提高粘接界面的質(zhì)量[31]。

5 總 結(jié)

對(duì)牙本質(zhì)進(jìn)行生物交聯(lián)改性可以提高粘接界面膠原的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性，抑制內(nèi)源性酶的活性，從而增強(qiáng)牙本質(zhì)粘接的耐久性。但是在應(yīng)用于臨床前，還需考慮到不同交聯(lián)劑的作用時(shí)間與濃度、與粘接系統(tǒng)的匹配性及與牙髓組織的相容性等。高濃度的交聯(lián)劑可以取得更好的效果，但是增加了牙髓相容性風(fēng)險(xiǎn)，低濃度的交聯(lián)劑處理則需要額外延長(zhǎng)作用時(shí)間，臨床可行性受到影響。PA、Rf等具備使得牙體組織染色的特性，應(yīng)當(dāng)盡量減少其對(duì)修復(fù)美學(xué)效果的影響。此外，將交聯(lián)劑配成預(yù)處理劑或直接添加到粘接劑配方中，還應(yīng)不影響粘接劑的固化、聚合收縮等理化性能。為了增強(qiáng)對(duì)粘接界面的保護(hù)作用，還可以考慮綜合利用多種交聯(lián)劑、酶抑制劑、再礦化劑等，通過多種作用聯(lián)合，共同穩(wěn)定牙本質(zhì)粘接。