人工骨材料β-磷酸三鈣在牙槽嵴裂骨缺損修復中的應用

陳凱歌， 陳仁吉， 郭思遠， 林雨楠

1.河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院口腔科，河北石家莊（050011）；2.首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院整形創(chuàng)傷科，北京（100050）

唇腭裂是常見的頜面部先天畸形，牙槽嵴裂則是唇腭裂患者常見的伴發(fā)畸形之一［1］。牙槽嵴裂植骨成形是唇腭裂序列治療的重要環(huán)節(jié)之一。目前，多數學者認為牙槽嵴裂植骨以年齡8 ～12歲，尖牙牙根形成1/2 ～2/3 為宜，此時可避免手術對上頜骨發(fā)育的不良影響，并且可使尖牙在植骨區(qū)萌出，刺激新骨形成［2］。當前植骨骨源的金標準依然是自體髂骨松質骨，但自體骨移植存在增加手術切口、導致疼痛、皮膚瘢痕、下肢活動受限等問題［3-4］。而且，髂骨移植術后存在嚴重的骨吸收［5］，很多患者都需要再次或者多次的植骨才能達到要求。隨著材料學的發(fā)展，用人工材料替代自體骨修復先天性牙槽嵴裂成為一種可能。β-磷酸三鈣（βtricalcium phosphate，β-TCP）作為一種較為常見的骨替代材料，具有良好的生物相容性、骨引導性和生物降解性，是目前骨組織工程中較為常見的支架材料之一；骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）作為骨組織工程學最常見的因子之一，可誘導未分化間充質細胞、成骨前體細胞等向骨及軟骨細胞分化，在骨缺損修復領域發(fā)揮著重要作用，因此，本研究選擇此二者作為實驗材料。

1 資料和方法

1.1 病例選擇與分組

1.1.1 研究對象 選擇2016 年7 月至2021 年5 月于首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院就診并行單側牙槽嵴裂修復術的患者為研究對象，共59 例，平均年齡（9.83 ± 1.33）歲，其中男性32 例，女性27 例。患者術前常規(guī)拍攝CBCT，評估其裂隙大小及尖牙萌出狀態(tài)。本研究已經首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院倫理委員會批準。納入標準：①非綜合征性單側完全性牙槽嵴裂；②CBCT 檢查顯示裂隙位于側切牙與尖牙之間，且尖牙牙根發(fā)育達1/2 ～2/3者；③年齡8 ～12 歲。排除標準：①牙槽嵴裂隙過寬者（＞1.5 cm）；②牙槽嵴裂近遠中斷端明顯唇腭向錯位者（兩牙槽骨裂隙端不在一個平面上）；③牙槽嵴裂隙空間內有牙冠占據。

1.1.2 研究分組 根據患者使用材料的不同，將患者分為3 組：A 組為自體骨組（n=22），其中男性11 例，女性11 例，年齡（10.00 ± 1.60）歲；B 組為β-TCP 組（n= 18），其中男性11 例，女性7 例，年齡（9.67 ± 1.24）歲；C 組為BMP-2+β-TCP 組（n= 19），其中男性10例，女性9例，年齡（9.78±1.08）歲。各組患者年齡、性別比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

1.2 骨修復材料

①BMP-2：杭州九源基因工程有限公司生產，通用名：骨修復材料，商標名：骨優(yōu)導，注冊證號：國食藥械（準）字2014 第3460233 號，產品規(guī)格：1 mg/瓶；②自體髂骨：按常規(guī)步驟，于髂前上嵴行橫行切口，劈開骨皮質，取髂骨松質骨備用，分層縫合軟骨，肌層，皮下及皮膚；③β-TCP：curasan AG 公司生產的骨修復材料，商品名：牙科骨粉，注冊證編號：國食藥監(jiān)械（進）字2014 第3634755 號，主要成分：β-TCP，粒徑規(guī)格：500 ～1 000 μm。

1.3 手術方法

3 組均在全麻下常規(guī)消毒鋪巾，切口，翻瓣，無張力縫合關閉腭側裂隙形成植骨床。根據分組選擇植骨材料，植入相應骨材料。其中，BMP-2+β-TCP 組，取1 mg BMP-2，將其置入裂隙內，之后放置所需量的β-TCP。各組均將所植入材料壓實，植入材料表面略高于裂隙兩側唇側骨面，恢復上頜骨的連續(xù)性和梨狀孔邊緣，并無張力縫合唇側創(chuàng)口。術后7 d 拆除口內縫線并檢查傷口有無感染、裂開、排異等癥狀。在術后12 個月時進行復查，檢查牙槽嵴裂恢復情況包括牙槽嵴豐滿度、口鼻瘺關閉情況等，并拍攝CBCT 分析。

1.4 評價方法

本實驗采取Feng 等［6］的方法，使用CBCT 三維重建體積測量：①選擇參考平面：選擇前鼻棘點，左右兩側腭大孔作為標志點，三點成面，使其作為參考平面，通過調整使該平面處于水平位置時進行分析；②建立術前牙槽嵴裂3D 模型：描計牙槽嵴裂骨缺損區(qū)域邊緣，得出術前缺損區(qū)域的3D 模型，進而得到術前體積值；③建立術后牙槽嵴裂3D模型：生成術后3D 模型，通過不同顏色標記新成骨區(qū)域，計算該區(qū)域的體積，見圖1。將患者術前、術后CBCT 數據以DICOM 格式分別導入Mimics 21.0 軟件，分別計算術前缺隙體積及新形成骨體積。為減小實驗誤差，分別測算3 次，取其平均值，計算成骨率=新形成骨體積/術前缺隙體積×100%。

Figure 1 Flow chart of alveolar ridge volume measurement圖1 牙槽嵴裂體積測量流程圖

1.5 統(tǒng)計學分析

用SPSS 25.0 軟件進行統(tǒng)計分析，各組數據分別進行正態(tài)性分析和方差齊性的檢驗，確定其是否符合正態(tài)分布。各組間利用單因素方差分析進行比較。P＜0.05，表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

術后7 d，3 組術后口內傷口均愈合良好，無植入材料排出，無感染、裂開、排異等癥狀。術后12 個月，3 組患者CBCT 掃描及三維重建圖像可見牙槽嵴裂隙區(qū)內有新生骨橋形成，新生骨組織在影像密度上與正常骨組織沒有明顯差別，上頜骨的連續(xù)性得到不同程度的恢復（圖2）。

在術后12 個月時測量成骨率，自體骨組成骨率為65.00%±16.66%，β-TCP 組及BMP-2+β-TCP 組成骨率分別為69.82%±17.60%、71.35%±17.51%，與自體骨組比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P= 0.382、P= 0.244）；且β-TCP 組與BMP-2+β-TCP 組兩組成骨率相比，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.789），見表1。

表1 各組牙槽植骨術后12 個月成骨率Table 1 Osteogenesis rate in each group 12 months after alveolar bone grafting ±s

表1 各組牙槽植骨術后12 個月成骨率Table 1 Osteogenesis rate in each group 12 months after alveolar bone grafting ±s

Group by the different bone repair materials: autologous bone, β-TCP and BMP-2 +β-TCP. a: autologous group vs. BMP-2+β-TCP group; b:autologous group vs. β-TCP group; c: β-TCP group vs. BMP-2+β-TCP group. β-TCP: β-tricalcium phosphate;BMP-2:bone morphogenetic protein-2

Group Autologous group β-TCP group BMP-2+β-TCP group Case number 22 18 19 Osteogenesis rate 65.00%±16.66%69.82%±17.60%71.35%±17.51%F P 0.244a 0.382b 0.789c 0.123 0.015 0.168

3 討 論

Figure2 ComparisonofCBCTbeforeand12months after alveolar cleft bone grafting in each group圖2 各組牙槽嵴裂植骨術前與術后12 個月CBCT 結果對比

牙槽嵴裂會給患者帶來上頜骨發(fā)育不足、面中部凹陷、牙齒缺失以及牙列不齊等影響，嚴重影響唇腭裂患者的身心健康，因此，牙槽嵴裂植骨修復已成為唇腭裂序列治療中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。植入骨材料修復牙槽嵴裂可以重新建立穩(wěn)固的上頜骨牙弓、恢復其完整性，對后期牙槽嵴裂區(qū)牙齒的萌出、正畸牙的移動、裂隙相鄰牙的保留具有重大意義［7］。但對于植入材料的選擇，目前仍存在較大的爭議。

在牙槽嵴裂植骨材料的選擇上，自體髂骨移植仍被認為是重建牙槽嵴裂的金標準［8］。有研究表明髂骨植骨融合率超過80%，使用自體髂骨移植時，單側牙槽嵴裂修復的成功率甚至可高達90%［9］。自體髂骨配合鈦網的應用，可以進一步提高牙槽嵴裂植骨的成功率［10］。在自體骨中，含有成骨細胞或骨髓干細胞等能形成新骨的細胞，而且其中的BMP-2、纖溶酶原激活劑抑制物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）等因子能誘導未分化的骨祖細胞分化，增殖為成骨細胞，同時，自體髂骨骨松質能為新生的血管等提供支撐結構，這些都有利于新骨的形成。牙槽嵴裂修復的過程中，成骨細胞形成新骨與破骨細胞不斷吸收是一個再生循環(huán)的過程，是維系骨重塑過程的關鍵［11］。然而，自體髂骨移植有著其不可忽視的弊端，例如增加手術切口、導致疼痛、皮膚瘢痕、下肢活動受限等問題。隨著材料學及組織工程學的發(fā)展，越來越多的新型材料被應用與唇腭裂外科手術中。

β-TCP 作為一種較為常見的骨替代材料，具有良好的生物相容性、骨引導性和生物降解性，是目前骨組織工程中較為常見的支架材料之一［12］。體內外及動物研究［13-14］中，β-TCP 均展現出良好的骨修復能力。BMP-2 作為骨組織工程學最常見的因子之一，1965 年由Urist 首先發(fā)現，并于1979 年從鼠脛骨脫礦骨基質中成功分離［15］。本課題組前期研究發(fā)現BMP-2 較自體松質骨表現出更為持續(xù)的骨誘導能力，誘導骨形成能力較強［16］。然而有研究表明，較高濃度的BMP-2 不僅激活了成骨細胞，還對破骨細胞的活性也有提高作用，并不利于術后的成骨［17］。因此本研究選擇以1 mg BMP-2 作為用量，保持BMP-2 在一個合理的濃度范圍內。

本研究中，將β-TCP 作為植骨材料植入體內，術后12 個月時隨訪，影像學結果顯示β-TCP 組患者牙槽嵴裂隙區(qū)內有新骨形成，新生骨組織在影像密度上與正常骨組織沒有明顯差別，上頜骨的連續(xù)性得到一定程度的恢復。β-TCP 組與自體骨組成骨率對比，無顯著性差異，該結果表明了β-TCP 能夠滿足植骨材料的要求，在牙槽嵴裂修復中可以作為自體骨的替代材料。

單純的β-TCP 作為支架材料具有骨引導性，但缺乏骨誘導和生成能力，BMP-2 作為骨誘導能力最強的因子之一，恰好可以彌補β-TCP 的不足。本研究選擇了以β-TCP 作為支架材料，將BMP-2 作為負載因子的復合材料用于牙槽嵴裂植骨，結果顯示二者復合材料與單純β-TCP 相比，成骨率得到了一定程度的提升，但差異無統(tǒng)計學意義。這可能跟樣本量較小有關，后期仍需增大樣本量進行驗證。

關于牙槽嵴裂植骨術后成骨效果的評價方法，也是目前研究的熱點問題。Bergland 等［18］提出的“牙槽嵴裂植骨術效果的分級標準”依舊是術后效果評價的金標準。然而，二維X 線片在評估牙槽嵴裂時存在許多局限，例如無法觀測牙槽骨的厚度、相鄰結構的重疊、可識別標志少等［19］。與CBCT 相比，X 線片評估牙槽嵴裂填充程度存在一定程度的高估，二維評價結果現已無法滿足臨床應用的需求［20］。CBCT 作為臨床中較為常用的影像技術之一，已逐漸代替X 線平片用于評估牙槽嵴裂骨缺損以及手術效果的評價。Chen 等［21］提出了新的牙槽嵴裂評估方法，均基于Mimics 軟件進行三維體積測量，并將其用于植骨效果的評價。Feng 等［6］利用CBCT 進行掃描后，將所得數據以DICOM 格式導入軟件后，描繪出裂隙邊緣，確定牙槽嵴裂的邊界。通過Mimics 軟件分別得到術前、術后的三維重建模型，并以此來計算成骨率。這種計算方法不僅極大地提高了準確性，還可以直觀的觀測術后成骨效果，但是需要花費較長的計算時間。本研究利用CBCT 以及Mimics 軟件三維重建直觀的觀察牙槽骨改建情況，準確計算植骨術后成骨率，與二維評價相比，結果更為客觀、真實，對于植骨效果的評價更為全面。

本研究將BMP-2 及β-TCP 用于牙槽嵴裂骨缺損的臨床實踐中，結果表明β-TCP 能夠滿足植骨材料的要求，在牙槽嵴裂修復中可以作為自體骨的替代材料之一，將BMP-2 作為負載因子的復合材料用于牙槽嵴裂植骨，為探索新的植骨材料提供了一定的思路。借助CBCT 以及Mimics 軟件三維重建直觀的觀察牙槽骨改建情況，對于減輕牙槽嵴裂患者的痛苦及提高臨床成骨率均有積極意義。

【Author contributions】 Chen KG wrote the article. Chen RJ reviewed the article. Guo SY and Lin YN collected data. All authors read and approved the final manuscript as submitted.