我國口腔再生醫(yī)學的學科發(fā)展、應用現(xiàn)狀與思考

隋秉東 劉覲瑜 金巖

710032 西安,口頜系統(tǒng)重建與再生全國重點實驗室,國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心,陜西省口腔醫(yī)學重點實驗室,空軍軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院組織工程研發(fā)中心

口頜系統(tǒng)疾病是人類發(fā)病率最高的三大非傳染性疾病之一,其導致的口腔顱頜面部組織缺損不僅嚴重破壞咀嚼、吞咽、呼吸、語言等生理功能,也對患者的面容和心理產(chǎn)生巨大影響,更與系統(tǒng)性疾病密切相關,嚴重危害人類健康[1-2]。目前,口腔顱頜面部組織缺損的臨床治療方案主要圍繞解剖形態(tài)的替代性修復進行,無法從根本上實現(xiàn)組織的生理性重建和功能性恢復,不能完全滿足治療需求[3-4]?？谇辉偕t(yī)學(stomatological regenerative medicine)是21世紀以來逐漸發(fā)展的一門新興學科,它將再生醫(yī)學的基本理論和方法引入口腔醫(yī)學領域,旨在通過促進機體自我修復重建或構(gòu)建新的組織與器官,以改善或恢復病損的口腔顱頜面部組織正常結(jié)構(gòu)與功能[5-6]。隨著口腔發(fā)育生物學和細胞與分子生物學等學科的迅猛發(fā)展,以及干細胞和組織工程技術在現(xiàn)代口腔醫(yī)學研究中的應用,口腔再生醫(yī)學已成為當前口腔科學領域發(fā)展最快的交叉學科之一,但仍存在一定瓶頸[7]。本文將基于筆者在口腔再生醫(yī)學領域的教學實踐、科學研究與臨床轉(zhuǎn)化經(jīng)歷,回顧國內(nèi)外口腔再生醫(yī)學的學科建設歷程,分析我國口腔再生醫(yī)學領域的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題與未來方向,提出針對性較強的觀點與方案,以期推動我國口腔再生醫(yī)學事業(yè)的持續(xù)進展。

1 口腔再生醫(yī)學及相關學科概念

口頜系統(tǒng)(oral and craniomaxillofacial system),或稱口腔顱頜面部,是人類咀嚼、語言和容貌的維持基礎,其結(jié)構(gòu)與功能健全是個體身心健康的基本保證。然而,創(chuàng)傷、腫瘤、感染、先天畸形等多種病因常導致牙齒缺損和缺失、顱頜面部軟硬組織缺損等,顯著降低患者生存質(zhì)量[1-2]。最近的流行病學研究顯示,當前全球約35億人患牙齒疾病,其中我國成人齲齒和牙周病患病率均接近90%;而顱頜面部位置暴露、防護困難,在交通事故和戰(zhàn)爭、演訓事件中極易受損并極具危險性,發(fā)生率占全身損傷的10%～32%[8-10]。目前口頜系統(tǒng)組織缺損的臨床治療方案包括義齒、顱頜面贗復體和替代性組織移植物等,雖有引導組織修復缺損的方法,但無法完全恢復口頜系統(tǒng)健康[3-4]。自上世紀90 年代開始,隨著干細胞研究和組織工程技術的蓬勃發(fā)展,再生醫(yī)學作為研究機體生理性修復和功能性重建機制、規(guī)律與應用的醫(yī)學體系逐漸被建立,已展現(xiàn)出在多種疾病治療中的巨大潛力,迅速成為了國際生物學和醫(yī)學研究中備受關注的熱點[11]。通過引入再生醫(yī)學的基本理論和方法,口腔再生醫(yī)學學科的賡續(xù)創(chuàng)建為口腔醫(yī)學和科學領域帶來了全新的發(fā)展機遇,也為口頜系統(tǒng)組織缺損和疾病的臨床治療拓展了新思路[1,5]。

所謂“再生”,是指組織或器官完整恢復其結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定狀態(tài)的精細調(diào)控過程[12]?？谇辉偕t(yī)學的核心是通過利用外源植入干細胞或激發(fā)組織內(nèi)源干細胞的自我更新與多向分化能力,在生物活性材料和因子的支持下,重建或恢復受損或病變的口腔顱頜面部組織和器官的形態(tài)與功能,達到治療口頜系統(tǒng)疾病、恢復口頜系統(tǒng)健康、改善患者生存質(zhì)量的目的[5-6]?？谇辉偕t(yī)學是一個綜合性交叉學科,涉及口腔醫(yī)學、臨床醫(yī)學、基礎醫(yī)學、生物學以及材料科學、計算機科學、生物醫(yī)學工程等下設的多個二級學科內(nèi)容,尤其與口腔顱頜面部發(fā)育生物學、口腔組織病理學、細胞與分子生物學、組織工程學等多個基礎與應用研究學科聯(lián)系緊密,并與口腔修復學、口腔種植學、口腔正畸學、口腔頜面外科學、口腔內(nèi)科學等臨床學科互為依托[5]。因此,口腔再生醫(yī)學可綜合運用多學科交叉的理論和技術手段,已形成了闡明口頜系統(tǒng)干細胞特性與再生規(guī)律、解析口腔顱頜面部組織損傷與再生機制、牙和牙周組織的再生和轉(zhuǎn)化應用、顱頜面部軟硬組織的再生和轉(zhuǎn)化應用等四方面較為完備的研究體系,為從根本上解決口頜系統(tǒng)生理性修復和功能性重建這一世界醫(yī)學難題而不斷進步。

2 國際口腔再生醫(yī)學學科的發(fā)展

關于口頜系統(tǒng)具有一定再生或成體組織形成能力的研究起步較早,并已支持了相關臨床治療技術的開展以促進組織的有限修復。例如,基于牙髓的修復特性發(fā)展了蓋髓術、根尖誘導成形術、血運重建術等再生牙體牙髓病學(regenerative endodontics)技術;基于牙周的生長特性發(fā)展了引導組織再生術(guided tissue regeneration)等;基于頜骨的生成特性發(fā)展了牽張成骨術(distraction osteogenesis)等;此外口腔種植骨結(jié)合、脫位牙再植愈合、正畸力作用下的牙頜改建等過程也伴隨有口腔頜面部組織的有序形成[13-15]。再生醫(yī)學一經(jīng)提出就成為了世界各主要發(fā)達國家競相布局的戰(zhàn)略高地[16]。相比而言,口腔再生醫(yī)學作為一個明確的研究方向及一門相對獨立的學科則起步較晚,但其發(fā)展較快,已成為國際口腔和再生醫(yī)學的前沿[7]。

2000年,時任美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)牙顱頜面研究所(National Institute on Dental and Craniofacial Research,NIDCR)首席研究員(Principal Investigator,PI)的施松濤教授帶領團隊首次在人第三磨牙牙髓中分離和鑒定了具有自我更新和多向分化特性的成體干細胞,并命名為牙髓干細胞(dental pulp stem cells,DPSCs),標志著以干細胞研究為基礎的口腔再生醫(yī)學正式開創(chuàng)[17]。該團隊又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和命名了人脫落乳牙牙髓干細胞(stem cells from human exfoliated deciduous teeth,SHED)、牙周膜干細胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)等多種口頜系統(tǒng)間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs),并聯(lián)合多個團隊初步開展了口腔組織工程應用研究,推動了口腔再生醫(yī)學領域的發(fā)展[18-19]。此后直到2017 年,NIDCR制定了名為DOCTRC(Dental,Oral and Craniofacial Tissue Regeneration Consortium)的口腔再生醫(yī)學學科發(fā)展詳細規(guī)劃,成立了美國東西部兩個口腔顱頜面部組織再生中心,分別為由密歇根大學、匹茲堡大學和哈佛大學Wyss研究所組成的MPWRM RC(Michigan-Pittsburgh-Wyss Resource Center)和由加州學術機構(gòu)組成的C-DOCTOR(Center for Dental,Oral,and Craniofacial Tissue and Organ Regeneration),迄今已投入5 200 萬美元,旨在最終促進口腔再生醫(yī)學的跨學科臨床轉(zhuǎn)化[20]。相應地,美國南加州大學、賓夕法尼亞大學、密歇根大學等多所知名大學已在牙科專業(yè)的本科生或研究生課程中(Program)納入再生醫(yī)學的牙科研究與應用(Regenerative dentistry)相關內(nèi)容。在世界范圍內(nèi),英國倫敦國王學院、英國謝菲爾德大學、愛爾蘭都柏林大學三一學院、澳大利亞昆士蘭大學、日本東京醫(yī)科齒科大學、韓國首爾大學等多所高校已開設了口腔再生醫(yī)學相關研究生課程,英國伯明翰大學、澳大利亞昆士蘭大學、韓國首爾大學等已設立專門的口腔再生醫(yī)學研究機構(gòu),并已編寫了《Regenerative Approaches in Dentistry》等教材,紛紛表現(xiàn)出對口腔再生醫(yī)學領域的重視[21]。

盡管國際口腔再生醫(yī)學學科正處于迅速發(fā)展期,但明確開設口腔再生醫(yī)學課程或進行口腔再生醫(yī)學研究的大學或機構(gòu)仍相對較少,相關課程或研究的開展內(nèi)容與方式以及規(guī)程與對象尚缺乏標準的模式,也尚未成立專門的口腔再生醫(yī)學系(Department)或設立學位(Degree)。基于上述現(xiàn)狀,2017年27國代表在于倫敦舉行的歐美牙科教育協(xié)會聯(lián)席會議(American Dental Education Association and Association for Dental Education in Europe)上倡議口腔醫(yī)學教育者和學生應緊跟口腔再生醫(yī)學的科學進展并修訂教學模式,而國際牙科認證委員會(Commission on Dental Accreditation)也提倡將口腔再生醫(yī)學進展納入專業(yè)教育[21-22]。由此,可以預期在未來一段時間內(nèi)國際口腔再生醫(yī)學學科將進入更加普遍和標準化的發(fā)展階段。

3 我國口腔再生醫(yī)學的學科建設歷程與人才培養(yǎng)

自上世紀90 年代起至21 世紀初期,我國口腔專業(yè)學者在長期的醫(yī)教研實踐中,逐漸關注到未分化間充質(zhì)細胞等種子細胞、羥基磷灰石等生物材料、骨形成蛋白等生長因子在口腔顱頜面部骨修復過程中的促進作用,從3 個方面開展了初步的組織工程基礎與應用研究,比較具有代表性的團隊有空軍軍醫(yī)大學(原第四軍醫(yī)大學)口腔醫(yī)院金巖教授(筆者)團隊、首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院王松靈教授團隊、四川大學華西口腔醫(yī)學院(原華西醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院)田衛(wèi)東教授團隊等,為我國口腔再生醫(yī)學學科的建立進行了先導性的探索與先期的人才儲備[23-25]。隨著口頜系統(tǒng)多種干細胞的發(fā)現(xiàn),在密切國際交流的助推下,我國口腔再生醫(yī)學在知識積累、科學研究、教學實踐、應用探索、科技戰(zhàn)略、人才培養(yǎng)、組織架構(gòu)、交叉合作等多方面開始蓬勃發(fā)展,學科建設迄今經(jīng)歷了以下3 個階段。

3.1 萌芽期(2002～2010 年)

標志性起始事件是科技部國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973計劃”)前期項目《牙再生關鍵科學問題研究》于2002年正式立項。在此項目的支持與引導下,相關團隊逐步建立了口腔顱頜面部干細胞培養(yǎng)與研究體系并開展了牙齒、頜骨、皮膚與黏膜等組織的工程化構(gòu)建與應用工作。其中,王松靈教授團隊于2003 年率先開展了牙齒發(fā)育與再生研究并于2006 年首次實現(xiàn)大動物(小型豬)生物牙根再生,該成果于2010 年獲國家科技進步二等獎;筆者團隊于2002 年成立了我國口腔醫(yī)學界第一個組織工程中心,開展了組織工程皮膚的研究并于2008 年獲國家批號,是我國首個組織工程產(chǎn)品,支持獲得了我國口腔醫(yī)學界首個國家科技進步一等獎;筆者團隊亦于2006 年初步建立了口頜系統(tǒng)干細胞的三維自組裝聚合體構(gòu)建體系,具模擬胚胎發(fā)育期間充質(zhì)凝聚促進組織再生的特性[26-28]。在此期間,以上述核心團隊與院校為基礎,逐漸開展了口腔再生醫(yī)學專業(yè)方向的研究生培養(yǎng)工作,其中筆者于2004 年起率先開設了《組織工程與再生醫(yī)學》研究生選修課,并帶領團隊編寫了專著《組織工程學原理與技術》用于教學需要;全國涌現(xiàn)出劉怡、范志朋、蔣欣泉、郭維華等優(yōu)秀的下一代口腔再生醫(yī)學專業(yè)人才;國內(nèi)主要團隊的學術交流密切開展,田衛(wèi)東教授、王松靈教授和筆者團隊于2009 年首次聯(lián)合申報《牙發(fā)生發(fā)育分子機理及牙齒再生的研究》課題并獲“973計劃”立項資助。國際交流方面,首屆國際口腔及顱頜前沿研究研討會于2008 年11 月在北京成功召開,施松濤教授、美國南加州大學柴洋教授等多位世界頂級專家受邀與國內(nèi)學者就發(fā)育生物學、干細胞及組織工程等領域內(nèi)最先進的科學理念及學術成果進行了交流,最終促成了2010年3月中華口腔醫(yī)學會口腔生物醫(yī)學專業(yè)委員會(Society of Oral Biomedicine of China Stomatological Association,SOBCSA)的成立,標志著我國口腔再生醫(yī)學的學科建設進入成長期。

3.2 成長期(2011～2018 年)

SOBCSA成立后迅速推動了我國口腔再生醫(yī)學的學科全面建設。這一時期,國家和省部級專業(yè)研究機構(gòu)逐漸建立,包括2012 年口腔再生醫(yī)學國家地方聯(lián)合工程實驗室在四川大學華西口腔醫(yī)學院獲批成立、2012 年全牙再生及口腔組織功能重建北京市重點實驗室在首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院成立、2013 年軍民共建軍事口腔醫(yī)學國家重點實驗室在第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院獲得正式立項等,引領了更多的口腔院校開展再生醫(yī)學的研究,進一步助力我國口腔再生醫(yī)學研究的飛速發(fā)展。2013年,筆者團隊與施松濤教授團隊合作,在干細胞聚合體有效促進牙髓組織再生的臨床前研究基礎上,注冊開展了國際首個牙髓再生的隨機對照臨床試驗,最終歷經(jīng)多年研究率先實現(xiàn)了干細胞介導的具神經(jīng)血管化的人體全長牙髓功能性再生,于2018 年發(fā)表于《Science Translational Medicine》雜志,為臨床牙髓壞死疾病提供了新的治療策略,是口腔再生醫(yī)學領域發(fā)展的里程碑事件,獲得當年度中國醫(yī)藥生物十大進展[29]。同時,基于干細胞的牙周骨缺損再生和牙周炎治療臨床試驗也已注冊開展[30]。為進一步推動基于干細胞的口腔再生醫(yī)學的臨床轉(zhuǎn)化,由施松濤教授牽頭、美國賓夕法尼亞大學牙醫(yī)學院與北京大學口腔醫(yī)院達成戰(zhàn)略合作并獲得科技部資助,國內(nèi)首家具臨床生產(chǎn)規(guī)范(good manufacturing practice,GMP)級別的口腔干細胞庫于2015 年7 月在北京市中關村生命科學園落成,標志著我國口腔再生醫(yī)學標準化、產(chǎn)業(yè)化的開始。2017 年,王松靈教授領銜研制的新藥“人牙髓間充質(zhì)干細胞注射液”于北京市食品藥品監(jiān)督局受理用于臨床研究實驗,也是我國干細胞管理條例頒布以來第一個受理的干細胞藥物[31]。在這一時期,我國口腔再生醫(yī)學的人才培養(yǎng)也進一步發(fā)展,許多高校開始開設再生醫(yī)學方向的口腔研究生課程,筆者于2014 年率先建立了口腔再生醫(yī)學的交叉學科專業(yè),并聯(lián)合王松靈教授等專家團隊編寫了供口腔醫(yī)學類專業(yè)用的全國高等學校研究生規(guī)劃教材《口腔頜面發(fā)育生物學與再生醫(yī)學》,2011 年于人民衛(wèi)生出版社出版,為我國口腔再生醫(yī)學的學科發(fā)展培養(yǎng)了更多的高層次人才。2015 年筆者團隊領銜的《人類器官的構(gòu)建及工程化技術體系建立》獲得首批國家重點研發(fā)計劃資助,2016 年田衛(wèi)東教授領銜的《基于成體/多能干細胞的牙功能組織模塊構(gòu)建及轉(zhuǎn)化研究》亦獲得國家重點研發(fā)計劃立項,國家自然科學基金委資助的口腔再生醫(yī)學相關項目也逐年增多,國內(nèi)同時創(chuàng)辦了《口腔生物醫(yī)學》等專業(yè)刊物,由此推動了我國口腔再生醫(yī)學領域的深入發(fā)展。

3.3 發(fā)展期(2019 年～至今)

人體全長牙髓功能性再生臨床試驗的成功開展激發(fā)了我國口腔再生醫(yī)學事業(yè)的進一步發(fā)展,結(jié)合我國臨床研究的特有優(yōu)勢,學科建設水平與國際同行相比已由萌芽期的“跟跑”、成長期的“并跑”逐漸向“領跑”跨越。其中,2019 年時任美國賓夕法尼亞大學牙學院系主任、終身教授的施松濤教授入選國家“千人計劃”,帶領團隊全職回國、入職中山大學光華口腔醫(yī)學院并建成華南顱頜干細胞轉(zhuǎn)化研究中心,支持我國口腔再生醫(yī)學維持于國際先進行列。施松濤教授回國后率先成功應用口頜系統(tǒng)干細胞SHED治療與口腔顱頜面部組織再生密切相關的復雜系統(tǒng)性疾病——2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D),并進一步注冊了SHED治療肝硬化、抑郁癥等疾病的臨床試驗,拓寬了口腔再生醫(yī)學的學科外延[32]。王松靈教授團隊研發(fā)的“人牙髓間充質(zhì)干細胞注射液”于2020 年8 月獲得國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心臨床試驗默示許可,是國際首個口頜系統(tǒng)干細胞藥物,基于該干細胞新藥的“異體人牙髓干細胞治療慢性牙周炎”臨床研究項目于2019 年10 月通過國家衛(wèi)健委干細胞臨床研究項目備案并已正式啟動。田衛(wèi)東教授團隊發(fā)現(xiàn)用于牙再生的新型CD24a+多能干細胞,獲中國2020 年度重要醫(yī)學進展,牽頭的全球首個干細胞治療牙周骨缺損的多中心臨床研究于2022年4月正式啟動[33]。筆者團隊進一步使用干細胞聚合體復合脫細胞牙基質(zhì),完成了工程化全牙構(gòu)建和臨床牙髓-牙周聯(lián)合再生,實現(xiàn)了脫位牙的延期治療,并正在開展異體牙再生的多中心臨床試驗[34]。在蓬勃開展的臨床研究引領下,我國的口腔再生醫(yī)學專業(yè)研究團隊及機構(gòu)出現(xiàn)了井噴式的增長,在牙齒和口腔顱頜面部軟硬組織再生方面不斷取得重要研究成果和進展,被國際同行廣泛認可[35-38]。再生成果的突破促使我國學者總結(jié)思考需傳承的學術理念,凝練形成了“發(fā)育指導再生”的學術思想,提出通過模擬或重現(xiàn)發(fā)育而促進器官再生是極具潛力的再生醫(yī)學范式新轉(zhuǎn)變,由筆者團隊國際首創(chuàng)提出工程化類凝聚體(Cytocondensoids)的重要再生醫(yī)學新概念并發(fā)表于百年頂刊《Physiological Reviews》,領銜再版《口腔頜面部發(fā)育生物學與再生醫(yī)學》教材專著,支撐國內(nèi)優(yōu)勢團隊聯(lián)合獲批《牙頜組織發(fā)育與再生中顱頜干細胞譜系分化及其微環(huán)境調(diào)控》和《基于再生原理的牙頜生物重建及其轉(zhuǎn)化應用研究》等2項“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目,成為未來國際口腔再生醫(yī)學乃至更廣闊的再生醫(yī)學領域的研究導向[1]。在新的歷史時期,《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》等國家政策強調(diào)了口腔再生醫(yī)學發(fā)展的重要性,“口頜系統(tǒng)重建與再生”全國重點實驗室完成重組,專業(yè)培養(yǎng)逐漸從研究生教育向本科生教育轉(zhuǎn)變,專業(yè)相關的國家級人才不斷涌現(xiàn)。在可預見的將來,我國口腔再生醫(yī)學學科將持續(xù)高速發(fā)展。

4 口腔再生醫(yī)學的研究現(xiàn)狀、瓶頸與方案

如前所述,口腔再生醫(yī)學領域的發(fā)展以干細胞與組織工程兩大技術體系為依托,口頜系統(tǒng)多種MSCs的培養(yǎng)與原位鑒定、MSCs與生物材料和活性因子的應用和相互作用、具干細胞誘導性和環(huán)境調(diào)節(jié)性材料與因子的研發(fā)、口腔顱頜面部組織的外源工程化構(gòu)建和內(nèi)源引導性再生、供體細胞優(yōu)化及與受體微環(huán)境的互動、口腔顱頜面部組織的局部再生與免疫等系統(tǒng)因素的相互作用等均為領域內(nèi)當前發(fā)展的重要方向[1,3-4]。然而,若以最終實現(xiàn)有效的口頜系統(tǒng)組織再生為導向,筆者認為學科在整體框架上需要關注再生組織的形態(tài)重建、功能重塑和穩(wěn)定整合這三大問題。特別是,盡管當前口腔再生醫(yī)學領域的研究已取得突出成績,仍然面臨著再生組織的結(jié)構(gòu)與天然組織差異大、活性與器官功能匹配差、效應在宿主環(huán)境維持難等三大瓶頸,這主要是由于構(gòu)建復雜組織精細交織的三維生理性形態(tài)的有效手段缺乏、對再生所需的特異性環(huán)境的認識不足使器官功能重塑難以達到預期、對植入組織與宿主全身性的互動機制不明導致對供受體交流的調(diào)控缺乏準確指導。筆者根據(jù)團隊多年的研究,對上述問題提出針對性方案如下。

4.1 生理性形態(tài)重建

口腔顱頜面部器官發(fā)生中至關重要的共性初始過程是細胞凝聚(cell condensation),即MSCs通過自發(fā)地形成凝聚體而獲得發(fā)育性器官形成的潛能[1]。在植入后,模擬發(fā)育性凝聚的干細胞聚合體也比松散的干細胞起到更好的再生效果[39]。需要注意的是,在牙齒發(fā)育過程中的不同階段存在著不同的亞凝聚形式,如牙乳頭、牙囊等,各自都有著獨特的干細胞組成、分子特征、神經(jīng)血管伴行特性和功能特點,提示對于不同類型的牙齒組織損傷應采取不同的再生策略[1,40-41]。依據(jù)發(fā)育凝聚原理,筆者團隊已成功建立了易獲取、具備生理功能和發(fā)育潛能、可規(guī)?；?、臨床可用的干細胞自組裝聚合技術體系,成功應用促進牙髓、牙周、皮膚、骨等多組織再生[42-45]。后續(xù)工作將進一步闡明如何依據(jù)發(fā)育中MSCs凝聚的異質(zhì)性調(diào)節(jié)和優(yōu)化聚合體再生策略。

發(fā)育期間充質(zhì)凝聚形成后走向器官形態(tài)發(fā)生的關鍵是與口頜系統(tǒng)基質(zhì)微環(huán)境的緊密互動,從而激活PAX9等發(fā)育期基因表達并誘導MSCs的成牙或成骨分化[46]。筆者團隊研究發(fā)現(xiàn),將干細胞聚合體植入特定基質(zhì)微環(huán)境后同樣可啟動形態(tài)發(fā)生基因表達程序,但天然成體牙基質(zhì)無法支持聚合體有效再生牙齒組織,需要通過酸蝕、EDTA等方式處理制備脫細胞牙基質(zhì)(decellularized tooth matrix,DTM),暴露牙本質(zhì)小管并恢復模擬發(fā)育期基質(zhì)的拓撲結(jié)構(gòu),方可顯著誘導牙齒形態(tài)發(fā)生[34]。相應地,使用SHED聚合體復合DTM,已成功實現(xiàn)了小型豬與人體內(nèi)的工程化全牙再生,為口頜系統(tǒng)組織的生理性形態(tài)重建提供了重要參考[34]。未來研究將深入揭示干細胞聚合體與脫細胞基質(zhì)之間的互作機制和適用條件,從而進一步提高口腔顱頜面部不同軟硬組織類型的再生效果。

4.2 適應性功能重塑

在形態(tài)重建的基礎上,口腔顱頜面部組織再生后需要執(zhí)行支持、運動等基本功能和呼吸、吞咽、語言、表情等精細功能,并在宿主多種應激環(huán)境的作用下進行適應性改建以維持組織穩(wěn)態(tài)、滿足特定條件下的功能需求。其中,再生器官功能恢復的關鍵之一是實現(xiàn)神經(jīng)血管化(neurovascularization),筆者團隊已揭示干細胞聚合體介導的牙髓和全牙再生中均有神經(jīng)和血管長入,賦予再生組織感覺和血運等功能[29,34]。干細胞引導的血管化也參與骨和皮膚等組織再生過程[44,47]。在口頜系統(tǒng)發(fā)育過程中,間充質(zhì)凝聚形成后除自身通過分化進行形態(tài)發(fā)生之外,更通過旁分泌細胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)和細胞因子調(diào)控不同譜系細胞的生物學行為,尤其是引導血管長入并由此推動器官的功能性形成[48-49]。相應的,EVs也被揭示為介導MSCs再生治療效應的重要因素,如研究已發(fā)現(xiàn)了MSCs聚合體形成和植入均會促進EVs釋放,并通過EVs引導再生特異性血管生成[34,44]。未來研究將進一步闡明干細胞聚合體通過EVs促進特異性血管亞型生成并支持再生的功能與機制。神經(jīng)和血管常相伴走行。然而,盡管研究已揭示血管生成(angiogenesis)對組織再生發(fā)揮關鍵作用,神經(jīng)長入(innervation)對于再生的影響及其機制尚未有深入報道。筆者團隊研究發(fā)現(xiàn),Gli1+標記的MSCs特異性功能亞群、再生特異性血管交感神經(jīng)存在空間緊密偶聯(lián)關系,交感神經(jīng)通過MSCs調(diào)控成骨-破骨和成血管功能,維持組織改建平衡[47,50]。進一步研究繼續(xù)確認了EVs在介導交感神經(jīng)調(diào)控MSCs影響組織改建中的關鍵作用,其中EVs可以轉(zhuǎn)運微小RNA(microRNA)等信號分子調(diào)控靶細胞功能[50-51]。值得注意的是,在病理情況下,交感神經(jīng)出現(xiàn)持續(xù)過度激活嚴重損害機體健康。特別是當代社會節(jié)奏快、壓力因素多,心理應激導致的健康紊亂已逐漸引起重視,尤其是抑郁癥往往伴隨骨丟失等多器官功能障礙,且常出現(xiàn)于口頜系統(tǒng)組織缺損患者的愈合過程中,制約了再生效果[52]。在機制研究的基礎上,筆者團隊繼續(xù)開發(fā)了靶向MSCs的microRNA適配子干擾系統(tǒng),同時應用臨床可用的EVs釋放抑制劑進行干預,成功逆轉(zhuǎn)抑郁癥誘發(fā)的骨丟失,實現(xiàn)了骨量的長期穩(wěn)定維持[50-51]。研究提示了建立基于干細胞分子靶點和EVs釋放干預的心理應激條件下組織再生的新策略,指向了神經(jīng)偶聯(lián)組織再生和再生器官功能恢復的新方向。

4.3 供-受體穩(wěn)定整合

在形態(tài)重建和功能重塑的基礎上,口腔顱頜面部組織再生后需要作為機體的一部分進行生理性細胞更替,并抵御免疫、代謝等宿主系統(tǒng)調(diào)控因素的影響,從而實現(xiàn)供-受體成份的穩(wěn)定整合和再生器官的長期存活。傳統(tǒng)研究認為,外源性MSCs植入后直接通過歸巢、增殖和分化等功能發(fā)揮組織形成作用[53]。近年研究表明,移植的MSCs并不能在免疫健全的宿主體內(nèi)長期存活,而是迅速被清除,但其療效卻可得到穩(wěn)定發(fā)揮,而凋亡是植入MSCs介導組織再生效應的必要過程[54]。具體來說,植入的MSCs雖被清除,但其凋亡中產(chǎn)生的凋亡囊泡(apoptotic vesicles,apoVs)卻能起到抑制炎癥、調(diào)節(jié)內(nèi)源性MSCs功能的作用[55-56]。而由于在機體中參與全身性的循環(huán)和被攝取,apoVs得以調(diào)控器官間的免疫細胞交流從而維持多器官的功能性恢復,并且可以整合到宿主的細胞中成為穩(wěn)定參與功能的一部分物質(zhì)[57]。未來的研究中,一方面對于聚合體MSCs發(fā)生死亡的方式仍需探索,不僅僅是凋亡,自噬、焦亡、壞死性凋亡等多種受控性細胞死亡在組織再生調(diào)控中所起到的作用還有著很多未知;另一方面,apoVs在更多特殊的病理環(huán)境中能否起到促再生效果及其具體機制、源自于不同供體來源的apoVs是否更具有針對性效應,都是需要回答的問題。

綜上所述,在“發(fā)育指導再生”的理念指引下,研究已從三方面取得一些成果并依然需要更深入的研究。繼續(xù)精細探索模擬發(fā)育的干細胞聚合體移植后命運決定及與宿主互動介導組織再生性形成的關鍵作用和調(diào)控機制,并在更多復雜病理條件下嘗試達到和維持組織再生效果,將有助于繼續(xù)推動口頜系統(tǒng)的組織再生及相關疾病治療的轉(zhuǎn)化應用。

5 口腔再生醫(yī)學的臨床轉(zhuǎn)化、方向與規(guī)范

口腔再生醫(yī)學作為一門創(chuàng)立僅20 年的新興學科,其理論已經(jīng)迅速通過實踐驗證并在臨床轉(zhuǎn)化方面取得了重要成果。我國學者的研究已率先在國際上實現(xiàn)基于干細胞聚合體的全長牙髓功能性再生和工程化全牙再生,研發(fā)了人牙髓干細胞藥物并開展了多個牙周炎或牙周骨缺損再生的臨床試驗,更將口頜系統(tǒng)干細胞拓寬應用于復雜系統(tǒng)性疾病的治療[29-32,34]。日本學者Nakashima等[58]也招募了5 例不可逆性牙髓炎患者,進行了DPSCs原位移植治療,取得了一定的牙髓再生效果;此外國際尚有不少應用口頜系統(tǒng)干細胞的臨床研究項目正在開展,除上述內(nèi)容外還包括拔牙創(chuàng)愈合、無牙頜牙槽嵴恢復、唇腭裂修復、毛發(fā)生長、皮膚瘢痕修復等口腔顱頜面部組織再生/調(diào)節(jié)和骨關節(jié)炎、1型糖尿病、缺血性中風、亨廷頓舞蹈病、新冠肺炎等疾病治療,已經(jīng)成為再生醫(yī)學突破性應用成就的先鋒與代表[59]。筆者團隊與施松濤教授團隊更進一步著眼于口腔再生醫(yī)學臨床應用的標準化和質(zhì)量控制問題,分別建立了干細胞聚合體構(gòu)建和EVs/apoVs提取應用的規(guī)范方法,并鑒定了一系列決定和預測干細胞移植后再生療效的標志物和質(zhì)控方案[39,60-64]。未來研究將繼續(xù)針對口腔再生醫(yī)學的臨床轉(zhuǎn)化開展多中心的有效性和安全性研究,著重關注同種異體干細胞的應用前景、風險評估和產(chǎn)業(yè)化應用,同時探索再生的遠期效果、靶點機制和潛在副作用。

近年來,隨著再生醫(yī)學的發(fā)展,國家也加強了對干細胞臨床轉(zhuǎn)化的監(jiān)督和管理。2015 年頒布的《干細胞臨床研究管理辦法(試行)》首次規(guī)范了干細胞臨床研究的倫理問題,為保障患者的權益提供了依據(jù);2021 年2 月國家衛(wèi)健委發(fā)布的《對十三屆全國人大三次會議第4371號建議的答復》提到,國家藥品監(jiān)管部門已經(jīng)為干細胞等細胞制劑通過藥品審批制定了配套政策,嚴格保障醫(yī)療質(zhì)量安全;2021 年8 月發(fā)布的《人源性干細胞產(chǎn)品藥學研究與評價技術指導原則(征求意見稿)》,進一步規(guī)范和指導了干細胞產(chǎn)品的藥學研發(fā)和申報;2022 年10 月,國家藥品監(jiān)督管理局食品藥品審核查驗中心正式發(fā)布《細胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量管理指南(試行)》。然而,當前尚缺乏針對口頜系統(tǒng)干細胞產(chǎn)品研發(fā)和口腔再生醫(yī)學臨床研究注冊相關的指導性文件和技術評價體系,臨床醫(yī)生與患者對口腔再生醫(yī)學治療方法的認知和接受度也仍然不足。相應的,口腔再生醫(yī)學領域需要做好科普宣傳,同時遵循標準化的臨床研究設計和操作流程,并遵循知情同意、自主選擇等倫理原則和規(guī)范,從而最大限度地保護患者的權益和安全。此外,由于口腔顱頜面部的組織損傷常影響容貌和重要生理功能,患者可能承受著不同程度的心理壓力,易表露自卑、易怒等問題,對新的口腔再生醫(yī)學療法接受度不強或期望值過高。因此,醫(yī)務人員應注重再生治療過程中的人文關懷,在組織再生的較長時間內(nèi)盡力開導和定期回訪患者,時刻關注其預后情況、心理健康和生活質(zhì)量。

6 結(jié) 語

我國口腔再生醫(yī)學目前仍處于快速發(fā)展的階段,獲得的政策支持力度加大、基礎研究逐漸深入、技術水平不斷提高、學科建設與人才培養(yǎng)成果豐碩、臨床及產(chǎn)業(yè)化進程加快,保持著良好的勢頭,前景廣闊。近年來,大數(shù)據(jù)、學科融合等新理念和生命組學、基因編輯、高分辨率成像、新材料制造等高精尖技術不斷涌現(xiàn),將推動再生醫(yī)學研究的廣度和深度持續(xù)拓展[16,65]。瞄準基于干細胞的再生生物學機制闡釋和復雜口頜系統(tǒng)組織重建關鍵策略突破的雙重前沿方向,我國口腔再生醫(yī)學學科將持續(xù)加強基礎研究和臨床應用的結(jié)合,注重啟發(fā)式、實踐導向和具有科學評價體系的本科生與研究生教育,建立跨學科的協(xié)作創(chuàng)新團隊,實現(xiàn)產(chǎn)學研一體化、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化型人才,以期不斷推動口腔再生醫(yī)學的臨床和產(chǎn)業(yè)化應用,進一步提高口腔顱頜面部組織的再生和修復能力,為口頜系統(tǒng)疾病的防治提供更為有效的手段。