可注射水凝膠支架在牙髓再生中的研究進展

利用組織工程技術實現牙髓再生是牙髓治療的趨勢，支架作為組織工程三要素之一，受到了越來越多的關注

?？勺⑸渌z通過注射器輸送，可方便填充狹窄且形狀不規(guī)則的空間。細胞及生物活性分子在注射前可與水凝膠材料預混合，克服了細胞移植、黏附和生物活性分子傳遞等困難。另外，水凝膠的高含水率接近細胞外基質的滲透性，使其便于在靶部位內運輸氧氣、營養(yǎng)物質

。因此，可注射水凝膠支架是牙髓組織工程的較理想選擇。筆者對用于牙髓再生的可注射水凝膠的種類、制備和應用等方面的研究進展進行綜述。

1 可注射水凝膠的制備方法

1.1 基于物理交聯的可注射水凝膠

基于物理交聯的可注射水凝膠是聚合物在環(huán)境條件（如溫度、離子濃度、pH 值等）發(fā)生變化時自組裝形成的

。凝膠網絡由離子、氫鍵和疏水/范德華力作用形成。物理交聯水凝膠因不添加交聯劑而避免了未反應的單體、引發(fā)劑或放熱反應導致注射部位意外損傷等情況的發(fā)生。

1.2 基于化學交聯的可注射水凝膠

利用化學交聯方法合成的可注射水凝膠是通過聚合物鏈之間形成共價鍵實現的，形成的大多是具有不可逆鍵的水凝膠，因此，具有更強的機械強度和穩(wěn)定性

。常見的化學交聯反應主要有：邁克爾加成反應、席夫堿反應、點擊化學及光熱引發(fā)的交聯反應等

。

2 可注射水凝膠在牙髓再生中的應用

根據形成水凝膠的聚合物鏈的來源，用于牙髓再生的可注射水凝膠可分為天然高分子水凝膠、合成高分子水凝膠、結合天然和合成高分子的復合型水凝膠。天然高分子水凝膠來自非人造材料，因此，它們具有固有的生物相容性、生物活性、可降解性。合成高分子水凝膠具有優(yōu)越的可調節(jié)性、可重復力學性能和化學穩(wěn)定性。但由于聚合物鏈是人工合成的，通常沒有與生物識別相關的官能團，因此需要結合特定的信號分子來促進細胞?材料的相互作用。復合水凝膠是將天然和合成聚合物化學偶聯或聚合獲得的，天然衍生聚合物提供生物功能，合成聚合物提供可調的物理性能。

2.1 天然高分子水凝膠

2.1.1 膠原基水凝膠 Ⅰ型膠原被認為是組織工程中的黃金材料，占結締組織中蛋白質的90%

。Rosa 等

將脫落乳牙干細胞與重組人Ⅰ型膠原混合，注入全長根管內后植入小鼠皮下，35 d 后，在整個根管中觀察到包含血管結構的牙髓樣組織。

2.2.1 聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PD?MS）基水凝膠 PDMS 是一種惰性聚合物，無毒并且剛度可調的特性使其成為應用最廣泛的硅基有機聚合物。為了研究水凝膠的物理特性對干細胞行為的影響，學者將不同剛度的PDMS 用多巴胺溶液處理，在體外與DPSCs 共培養(yǎng)，在軟基質上，DPSCs 形態(tài)發(fā)生了改變，增殖能力降低；另外，成骨和成牙基因的表達水平與基質剛度呈正相關，進一步研究發(fā)現剛度是通過WNT 信號通路調節(jié)DPSCs 增殖和成骨/成牙分化的

。

2.2.3 自組裝肽水凝膠 自組裝肽水凝膠由多結構域的肽形成，該肽具有重復的疏水和親水殘基，當肽分子溶液與含有多價金屬離子的細胞培養(yǎng)基或其他生理液體混合時，可以觸發(fā)自組裝反應而形成三維納米網絡

。Puramatrix

是一種商業(yè)RADA16?I 自組裝 肽，DPSCs 能夠在三維Purama?trix

支架中存活和增殖，并高表達DMP?1 和DSPP。將HUVECs 和DPSCs 在Puramatrix

中 培養(yǎng)，肽納米纖維微環(huán)境可支持細胞存活、細胞遷移和毛細血管網絡形成；DPSCs 通過促進HUVECs 的遷移和增加VEGF 的表達，增加了早期血管網絡的形成

。另有研究者用Dentonin 來修改自組裝肽水凝膠系統(tǒng)的序列，設計了一種新的混合肽—SLD，SLD 自組裝肽具有良好的生物相容性，能促進DPSCs 的增殖和磷酸鈣的沉積

。

2.1.3 纖維蛋白基水凝膠 纖維蛋白是一種天然的不溶性蛋白質，在血凝塊形成過程中，纖維蛋白原在凝血酶控制下聚合形成纖維蛋白，纖維蛋白可作為臨時的細胞外基質促進細胞遷移并誘導細胞外基質蛋白沉積

。研究者將細胞外囊泡復合到纖維蛋白凝膠中，細胞外囊泡?纖維蛋白凝膠通過增加VEGF 的釋放，在7 d 內形成了血管樣結構，并促進了膠原蛋白的沉積

?；谒z的牙髓再生手術被認為是重建牙髓組織的有效策略。然而，再生過程的成功受到殘留細菌的限制。研究者將載克林霉素的聚乳酸納米顆粒（antibiotic clindamycin?loaded poly（D，L）lactic acid?nanoparti?cles，CLIN?PLA?NPs）與纖維蛋白結合形成載CLIN?PLA?NPs 纖維蛋白水凝膠。CLIN?PLA?NPs 的添加賦予了纖維蛋白水凝膠抗菌和抗細菌生物膜特性，但不影響細胞活力和功能

。除了添加抗菌活性成分外，與具有抗菌性能的天然水凝膠結合也可達到抗菌目的。殼聚糖水凝膠對多種革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌具有抗菌活性，研究者開發(fā)了一種富含殼聚糖的纖維蛋白水凝膠，它在體外支持牙髓樣組織的形成，同時能有效地抑制細菌生長

。

綜上所述，對肺癌合并糖尿病患者實施目標性護理服務有助于降低手術風險事件發(fā)生，有助于提高患者的臨床療效、預后康復效果，保持血糖穩(wěn)定，應用效果良好。

2.1.5 殼聚糖基水凝膠 殼聚糖具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性和抗菌作用，并能促進細胞黏附、增殖和分化。殼聚糖基材料可通過紫外線照射、pH 和溫度改變形成物理或化學交聯水凝膠

。研究者將溫敏性殼聚糖/β?甘油磷酸鈉水凝膠攜載VEGF，用于直接蓋髓和牙髓切斷術，可實現VEGF 的持續(xù)釋放，并促進DPSCs 的黏附和增殖

。將摻銀的生物活性玻璃與殼聚糖水凝膠結合，形成了銀?生物活性玻璃/殼聚糖水凝膠。與MTA 相比，銀?生物活性玻璃/殼聚糖水凝膠能誘導更強的修復性牙本質形成，減輕炎癥反應，進而促進生活牙髓組織的保存

。研究者將溫敏性殼聚糖水凝膠與血凝塊和光生物調節(jié)療法（photobio?modulation therapy，PBMT）結合并進行體內外研究，可注射支架在體外應用PBMT 時，根尖牙乳頭干細胞（apical papilla stem cells，SCAPs）的活力、增殖和遷移能力增強，體內實驗結果顯示殼聚糖+血凝塊水凝膠/PBMT 組中觀察到發(fā)育良好的髓樣組織［23］。

2.2.2 聚乙二醇基水凝膠 聚乙二醇由于其獨特的親水性、無毒、低蛋白粘附和非免疫原性等特性，被廣泛用于組織工程。研究者合成了一種可光交聯的聚乙二醇?馬來酸酯（polyethylene glycol?maleate?citrate，PEGMC）水凝膠。該水凝膠的光固化時間與復合樹脂相當，具有與粘接系統(tǒng)類似的細胞毒性，并實現了鈣離子從水凝膠中的緩釋效果

。另外，聚乙二醇和聚乳酸?聚乙醇酸（poly?lactic acid?polyglycolic acid，PLGA）共聚物基水凝膠已成功用于牙根發(fā)育和牙本質再生

。

最近，透明質酸水凝膠被應用于牙髓壞死年輕恒牙的治療。研究者先誘導根尖出血以提供干細胞，然后將透明質酸水凝膠注入根管作為支架，隨后放置MTA 以保證冠方嚴密封閉，最后用復合樹脂修復。一年后，放射線檢查示根尖無異常，牙根繼續(xù)發(fā)育

。

2.2 合成高分子水凝膠

不同力學性能的水凝膠模擬的細胞外基質硬度不同，該因素會影響細胞增殖和凋亡、干細胞分化等過程

。另外，載有生物活性成分的支架更有利于細胞因子釋放調控細胞增殖和分化過程?；诖耍芯空邔⒀浪韪杉毎╠ental pulp stem cells，DPSCs）分別包封在低硬度（235 Pa）和高硬度（800 Pa）Ⅰ型寡聚膠原中，并在兩種硬度膠原中分別加入血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白?2（bone morphogenetic pro?tein?2，BMP?2）。DPSCs 在兩種不同硬度的寡聚膠原中可長期存活，并可分別誘導DPSCs 向內皮和牙源性分化，這些效應可以通過添加特定的生長因子（VEGF、BMP?2）而進一步增強

。Kwon 等

用肉桂醛（cinnamaldehyde，CA）作交聯劑制備的膠原基水凝膠可顯著縮短凝膠時間，增加水凝膠的抗壓強度和表面粗糙度；在CA 存在的情況下，在膠原支架中培養(yǎng)的人牙髓干細胞（human dental pulp stem cells，hDPSC）的黏附、增殖和牙源性分化得到了促進。

未來一周，西北地區(qū)東南部、東北、西南地區(qū)大部、江南南部、華南等地多降雨，華南及四川盆地、云南等地的局部地區(qū)有100-180毫米。

IX53型光學倒置顯微鏡，日本 Olympus公司；LEICA EG 1150H型石蠟包埋機、LEICA TP 1020型自動脫水機、LEICA EG 1150C型超薄切片機，德國Leica公司；Power Pac TM Basic電泳儀，美國Bio-Rad公司；Bioshine Chemi Q 4800化學發(fā)光凝膠成像自動顯影儀，上海歐翔科學儀器有限公司；JA2003電子分析天平，上海天平儀器廠。

2.1.2 明膠基水凝膠 明膠源自動物膠原蛋白，保留了RGD 細胞結合序列和基質金屬蛋白酶結合域，可促進細胞黏附并允許其生物降解

。偶聯BMP?2 模擬肽的光交聯甲基丙烯酰化明膠（meth?acrylated gelatin，GelMA）裝載hDPSC 用于3D 打印，hDPSC 除了在體外表達牙本質涎蛋白（dentin sialo?phosphoprotein，DSPP）和骨鈣素（osteocalcin，OCN）外，其增殖、礦化和成骨分化能力也有所增加

。牙髓被高度礦化的牙本質包繞，狹窄的根管和微小的根尖孔限制了血液供應，誘導血管形成以保證細胞存活是牙髓再生的關鍵。將裝載hDPSC/人臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）的GelMA 注入根管片段內進行動物實驗，可形成高度細胞化和血管化的牙髓樣組織。另外，GelMA 水凝膠還促進了細胞在牙本質表面的黏附、細胞在牙本質小管內的伸展、修復性牙本質基質的形成

。用裝載成牙本質細胞樣細胞OD21 的GelMA 制備預血管化水凝膠微通道，接種在微通道中的集落形成樣內皮前體細胞后形成內皮單層并促進血管生成

。

2.1.4 透明質酸基水凝膠 透明質酸是一類天然的線性多糖，是牙髓基質的組成成分，透明質酸與DPSCs 表面受體CD44 特異性結合，影響細胞?細胞、細胞?基質相互作用和細胞內信號傳導

。將1，4?丁二醇二縮水甘油醚（1,4?butanediol diglycidyl ether，BDDE）交聯的透明質酸凝膠用勻漿器粉碎，可制備可注射透明質酸水凝膠（hyaluronic acid gels，HAG）。將包封細胞和生長因子的HAG 水凝膠分別注射到皮下、根管片段、髓腔中，結果在三種環(huán)境中都發(fā)現管狀牙本質和牙髓樣組織結構，均通過檢測DSPP、DMP?1、細胞外基質磷蛋白和骨唾液蛋白的表達得到進一步證實

。為解決牙髓再生的血管化問題，研究者構建了透明質酸/纖維素納米晶體/血小板裂解物（hyaluronic acid/cellu?lose nanocrystals/pteletlysate，HA/CNCs/PL）水凝膠。CNCs 的加入增強了水凝膠的力學性能和酶降解的平順性，使趨化因子和血管形成因子得以緩釋，進而實現根管內hDPSC 的募集并促進血管形成

。

2.3 結合天然和合成高分子的復合型水凝膠

2.3.1 合成肽修飾的多糖基水凝膠 RGD 海藻酸鹽是將RGD 細胞結合序列接枝到海藻酸鹽分子鏈上獲得的。研究者將RGD?海藻酸鈉與鋰皂石結合形成RGD?海藻酸鈉/鋰皂石水凝膠微球，利用微球封裝hDPSC 和VEGF，該體系在保持VEGF 生物學活性的同時，可持續(xù)釋放VEGF 達28 d；微球中出現了豐富的細胞外基質，并顯著上調牙源性相關基因的表達，體內實驗證明該水凝膠可促進牙髓樣組織的再生和新微血管的形成

。

2.3.2 聚乙二醇 改性的天然高分子水凝膠聚乙二醇因具有較低的毒性和免疫原性已被用作生物材料的親水共價修飾物。有學者通過光交聯的方法制備力學性能可調的聚乙二醇化纖維蛋白原可注射水凝膠，進一步研究發(fā)現，包封在該水凝膠內的DPSCs 的形態(tài)、基因表達和礦化受水凝膠交聯度和基質剛度影響

。聚乙二醇改性的透明質酸?明膠水凝膠也用作可注射支架用于牙髓再生的體外研究，其力學性能可調，并支持細胞生長和增殖［30］。

終于，一杭找到一個文件夾，里面是9月23日車禍現場的照片。一杭快速瀏覽了一下，大部分是自己蹲下身拿手去試死者鼻息和騎車逃離現場的照片，并不能幫他洗脫嫌疑。他希望找到一張，他到達現場時，死者已經躺在地上的照片，仔細又看一遍，還是沒有。就算有，范堅強也不可能放在這里吧？一杭又開始點擊文件夾。終于，找到一個代號為“F”的文件夾，里面除了一些文字資料外，還有一些圖片文檔，其中便有一張照片，一杭人還在摩托車上，剛剛駛入畫面，但照片的前景里，地上已經躺著一個血肉模糊的人。一杭大喜過望，立即掏出事先準備好的U盤，插到USB接口上。

方：您在從事分編工作數年后又改換為情報檢索服務工作，并且發(fā)表了不少相關研究成果。您能簡要介紹一下其中發(fā)生轉變的情況嗎？

3 小 結

可注射水凝膠支架與傳統(tǒng)支架相比有其獨特的優(yōu)勢，不同類型及不同機械強度的可注射水凝膠支架對細胞生物學行為具有不同的影響。與單一組分水凝膠相比，添加生物活性成分或多種組分相結合可以彌補單一組分水凝膠的不足，為牙髓組織再生提供接近生理條件下的微環(huán)境。雖然體外實驗證明可注射水凝膠支架可以促進細胞的黏附、增殖、分化，動物實驗可在根管片段或全長根管見牙髓樣組織再生，但目前可注射水凝膠很少應用到臨床，還需要進一步的研究來開發(fā)一種可廣泛應用于臨床治療的可注射水凝膠系統(tǒng)。

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