聚乳酸?羥基乙酸共聚物在牙髓疾病治療中的應(yīng)用前景

周芳潔， 何利邦， 李繼遙

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科，四川成都（610041）

聚乳酸?羥基乙酸共聚物［poly（lactic?co?glycol?ic acid），PLGA］是由乳酸和羥基乙酸單體以不同比例聚合而成的有機(jī)高分子化合物。作為一種具有良好生物相容性、生物可降解性的材料，PLGA被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料包括藥物載體［1］、醫(yī)用外科材料（手術(shù)縫線、傷口敷料等）［2?3］和組織工程支架［4］等。近年來(lái)，PLGA 在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如頜面部骨缺損修復(fù)的組織工程支架，牙周病、牙髓病治療的載藥/分子系統(tǒng)或組織再生系統(tǒng)［5］。本文就近年來(lái)PLGA 在牙髓疾病治療中的應(yīng)用研究作一綜述，主要探討PLGA 載藥系統(tǒng)在蓋髓劑和根管內(nèi)封藥物中的應(yīng)用，以及PLGA 作為組織工程支架在牙髓組織再生中的應(yīng)用。

1 PLGA 在活髓保存治療中的應(yīng)用

PLGA 在活髓保存方面的研究主要集中在兩方面，一是作為蓋髓藥物（如洛伐他汀、伊洛前列素等）的載體，延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間，降低藥物毒性；二是與無(wú)機(jī)蓋髓材料的聯(lián)合應(yīng)用。近年來(lái)，一些具有促牙髓細(xì)胞增殖分化、促血管新生、促修復(fù)性牙本質(zhì)生成的藥物如洛伐他?。?］、伊洛前列素［7］等被應(yīng)用到蓋髓劑的研發(fā)中。以PLGA 作為載體能延長(zhǎng)半衰期過(guò)短藥物的作用時(shí)間并降低藥物毒性。β?磷酸三鈣?羥基磷灰石生物陶瓷（beta?trical?cium phosphate?hydroxyapatite bio?ceramic，BC）與PLGA 結(jié)合作為蓋髓劑應(yīng)用于大鼠牙髓暴露模型能形成比單獨(dú)應(yīng)用BC 或Ca（OH）2更加致密完整的牙本質(zhì)橋［8］。Zhang 等［9］認(rèn)為，在血供缺乏的髓腔內(nèi)，固體磷酸鈣（calcium phosphate，CP）的降解能力較低，影響組織再生；PLGA 加入CP 基質(zhì)中有助于其降解。PLGA 和無(wú)機(jī)物結(jié)合能形成多孔結(jié)構(gòu)，利于細(xì)胞黏附，兩者同時(shí)水解能為成牙本質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)提供更好的生理環(huán)境。

2 PLGA 在根管治療中的應(yīng)用

近年來(lái)，已有研究者將抗生素、光敏劑、金屬離子、生物活性物以及氯己定等物質(zhì)負(fù)載于PLGA以研發(fā)新型的根管內(nèi)抗菌藥物，納米或微米級(jí)別的微粒為最主要載藥形式。通過(guò)掃描電鏡觀察，檢測(cè)微粒直徑、包封率、藥物/分子負(fù)載率、釋放率和抗菌性等對(duì)微粒特性進(jìn)行分析。以PLGA 為外包載體的根管內(nèi)封抗菌微粒具有以下優(yōu)點(diǎn)：①藥物緩釋作用，可通過(guò)改變微粒的物理性能和成分調(diào)節(jié)藥物釋放時(shí)間，以達(dá)到理想的釋放狀態(tài)［10］；②當(dāng)制備微粒直徑小于牙本質(zhì)小管直徑（1～2 μm）時(shí)，可進(jìn)入小管內(nèi)釋放藥物［11］；③與根管內(nèi)致病菌——E. faecalis細(xì)胞壁廣泛接觸，有助于藥物的靶點(diǎn)釋放［12］。

3 PLGA 在根尖誘導(dǎo)成形術(shù)中的應(yīng)用

根尖誘導(dǎo)成形術(shù)常用于治療發(fā)生嚴(yán)重牙髓病變或根尖周疾病的年輕恒牙，Ca（OH）2是目前誘導(dǎo)根尖成形的首選藥物。為了獲得更長(zhǎng)的藥物作用時(shí)間，減少頻繁換藥，研究者采用乳液溶劑蒸發(fā)法（W/O）和復(fù)乳液溶劑蒸發(fā)法（W/O/W）制備了載有Ca（OH）2的PLGA 微球（oCMS/ wCMS），并且對(duì)比Ca（OH）2糊劑研究微球的鈣離子釋放特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)后者的藥物釋放時(shí)間為前者的5 倍，最終的Ca2+釋放率分別為76.6%（oCMS）和90.9%（wCMS）［13］，這一改進(jìn)為治療時(shí)間跨度較長(zhǎng)的根尖誘導(dǎo)成形術(shù)提供了更便捷的用藥方式；但該研究目前僅停留在材料物理性能表征和Ca2+釋放速率檢測(cè)階段，并未建立根尖誘導(dǎo)成形的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

4 PLGA 在牙髓組織再生中的應(yīng)用研究

支架材料、種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子是組織工程的三要素。支架為細(xì)胞提供臨時(shí)的附著點(diǎn)，引導(dǎo)細(xì)胞遷移、增殖和分化，與分泌的胞外基質(zhì)一同再生新的組織。隨著支架降解，新生組織逐步占領(lǐng)降解后產(chǎn)生的孔隙。PLGA 因其良好的生物相容性和生物可降解性成為一種應(yīng)用廣泛的組織工程支架材料。牙髓干細(xì)胞（dental pulp stem cells，DP?SCs）是牙髓再生領(lǐng)域中研究最多的種子細(xì)胞，目前以PLGA 為支架的牙髓再生實(shí)驗(yàn)也主要與DP?SCs 相關(guān)。PLGA 在牙髓再生支架中的應(yīng)用潛力已在體外實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物模型中得到驗(yàn)證。研究者提出PLGA 支架的表面特性不利于細(xì)胞的黏附和增殖；PLGA 生物降解產(chǎn)酸，代謝不及時(shí)將引起環(huán)境pH的降低，繼而影響細(xì)胞生存［14］。隨著組織工程學(xué)的發(fā)展，研究者不斷優(yōu)化改進(jìn)PLGA 支架的性能以獲得更利于種子細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境，改進(jìn)的方式主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：①改變支架物理性能，包括支架的形態(tài)大小、表面性能等；②優(yōu)化支架中的物質(zhì)交換環(huán)境；③聯(lián)合PLGA 作為細(xì)胞支架和生長(zhǎng)因子載體的功能。

為了提高細(xì)胞對(duì)支架的黏附，研究者運(yùn)用成孔劑制備了PLGA 多孔微球支架，在三維環(huán)境中，牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞（dental pulp mesenchymal stem cells，DPMSCs）充分增殖并黏附，最終實(shí)現(xiàn)支架全覆蓋，形成相互連接的細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)［15］，除了運(yùn)用微孔微粒，有研究者還采用了0.5%的Ⅰ型膠原溶液對(duì)PLGA 多孔微球進(jìn)行表面改性，膠原的加入促進(jìn)了人牙髓細(xì)胞（human dental pulp cells，HDPCs）的增殖和對(duì)支架的黏附以及牙源性相關(guān)基因表達(dá)［16］。支架的特性影響細(xì)胞的黏附、遷移、增殖和分化，通過(guò)對(duì)支架物理性能如機(jī)械強(qiáng)度或粗糙度的改變，可實(shí)現(xiàn)對(duì)種子細(xì)胞的空間控制［17］。有研究者將不同濃度（12%和20%，w/v）的PLGA 材料層組合，制備了一種兩側(cè)孔隙率、粗糙度、彈性模量不同的雙層支架；該支架內(nèi)部具有連續(xù)通道，通道直徑從開(kāi)放側(cè)（10～45 μm）到封閉側(cè)（5～10 μm）逐漸減小。DPSCs 在開(kāi)放側(cè)呈多邊形，隨機(jī)排列，而在封閉側(cè)被拉長(zhǎng)顯示出方向性、組織性以及更強(qiáng)的成牙本質(zhì)分化能力，這種排列方式與牙髓?牙本質(zhì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)相似［18］；該支架表面形態(tài)的變化影響DPSCs 的F?肌動(dòng)蛋白排列，進(jìn)而調(diào)節(jié)yes 相關(guān)蛋白（yes associated protein，YAP）信號(hào)通路以控制成骨或牙源性分化。

為了促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換和細(xì)胞分泌物的轉(zhuǎn)運(yùn)，旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)（rotary cell culture system，RCCS）3D 模擬微重力（stimulated microgravity，3D?SMG）被引入牙髓再生培養(yǎng)系統(tǒng)，3D?SMG 體系促進(jìn)hDPSCs 的增殖和黏附，減少細(xì)胞遷移，重組細(xì)胞骨架組織。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，hDPSCs 的增殖能力和成牙本質(zhì)分化能力均高于靜態(tài)培養(yǎng)體系［19］。除了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的均勻分布有利于細(xì)胞在支架中的生長(zhǎng)外，種子細(xì)胞自身的分布也將影響整個(gè)體系的發(fā)展。有研究者以20% PLGA為電紡液，以乳牙牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞為懸浮液采用靜電紡絲與電噴霧相結(jié)合的方法直接制成了含細(xì)胞的支架，并證實(shí)細(xì)胞存活且能在纖維之間生長(zhǎng)，為組織工程支架的制備提供了新思路［20］。

有研究者聯(lián)合了PLGA 作為支架和載體的功能，將生長(zhǎng)因子包埋在PLGA 微球中，為細(xì)胞提供附著位點(diǎn)的同時(shí)能緩慢釋放生長(zhǎng)因子，以達(dá)到對(duì)牙髓細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間的促增殖作用。Wang 等［21］在以PLLA 納米纖維微球?yàn)橹Ъ埽烁馊轭^干細(xì)胞（stem cell from the apical papilla，SCAP）為種子細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中加入了載有重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白?2（bone morphogenetic protein?2，BMP?2）的PLGA 微球以彌補(bǔ)細(xì)胞因子半衰期短、劑量要求大、成本高以及需要重復(fù)添加的不足。覆蓋PLGA 的BMP?2 微球在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出時(shí)間和劑量依賴性，能刺激血管生成，促進(jìn)成牙本質(zhì)細(xì)胞和牙本質(zhì)樣組織形成。

5 小 結(jié)

目前，PLGA 在牙髓疾病防治方面的研究可概括為兩個(gè)方面，一是作為藥物/分子輸送系統(tǒng)，主要應(yīng)用于蓋髓劑、根管消毒劑和根尖誘導(dǎo)成形劑的改良；二是作為組織工程支架，主要應(yīng)用于牙髓再生的研究，通過(guò)改進(jìn)PLGA 的物理性能、作用環(huán)境等，以提供更適宜種子細(xì)胞黏附、增殖和成牙本質(zhì)分化的微環(huán)境。但在上述研究中，除蓋髓劑和牙髓再生支架的相關(guān)研究已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)支持外，其余大多停留在體外實(shí)驗(yàn)階段；考慮到口腔環(huán)境的復(fù)雜性，應(yīng)設(shè)計(jì)更貼近人體口腔環(huán)境的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并逐步開(kāi)展體內(nèi)甚至臨床試驗(yàn)。

【Author contributions】Zhou FJ and He LB wrote the article. Li JY reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.