牙髓病治療領域生物材料的研究進展

李崢　杜斌　苗群愛

口腔生物材料是指用于替代或修復各種原因造成外形及生物功能喪失的口腔內組織器官的天然或人造材料。1984年，ISO/TC106制定ISO/TR7405-1997“牙科學-用于牙科的醫療器械生物相容性臨床前評價-牙科材料試驗方法”國際標準。要求口腔生物材料需符合：①生物安全性；②生物相容性；③生物功能性。安全性和相容性是口腔材料的生物學性能的基本要求，在此基礎上，生物功能性要求植入的牙科材料與宿主局部組織的成分有很好的吻合，不損傷和破壞機體生長，能夠承受各種力學作用，具備口腔器官所具有的基本功能。世界各國對口腔材料的生物學性能研究越來越重視。

牙髓病和根尖周病是牙體牙髓科臨床中常見疾病，通常主要由齲病進一步發展或外傷所致，治療方法包括活髓保存治療和患牙保存治療兩類。目前，活髓保存治療的方法包括：蓋髓術、根尖誘導術等，患牙保存治療的方法主要包括根管治療、根管再治療及根尖手術后倒充填等[1]。植入口腔的材料能夠融入宿主的生命體系，最終成為宿主的一部分并能夠承擔宿主的生理功能。要求材料具有良好的封閉性能，防止微滲漏，可用于蓋髓治療；良好的生物相容性能引導牙骨質、牙槽骨再生，可用于根尖誘導成形、穿孔修補治療；較強的抗菌抑菌性防止再感染，可用于倒充填根尖封閉治療等。

牙髓病治療領域的生物材料，即研究與牙髓相關疾病的生物材料，主要包括：礦物三氧化物凝聚體（mineral trioxide aggregate ，MTA）。MTA因其具有良好的生物相容性、持久的封閉性及誘導軟硬組織再生等能力而備受關注。2014年被《牙科顧問》（《Dental Advisor》）評為年度最佳牙髓修復材料。此外，還有Ceramicrete， Bioaggregate（BA），Biodentine，EndoSequence（ERRM）等。

1 礦物三氧化物凝聚體（MTA）

1993年，美國加州Loma Linda大學的Torabinejad教授和同事發明了一種用于牙髓病治療的新材料—礦物三氧化物凝聚體（MTA）[2]。1998年，MTA首次作為分隔根管內外環境的充填材料應用于牙科治療中，并通過了美國食品及藥物管理局（FDA）的認證。

1.1組成成分與性質：MTA由細膩的親水顆粒組成，主要成分為硅酸三鈣[（CaO）3·SiO2]、鋁酸三鈣[（CaO）3·Al2O3]，此外還添加了無機氧化物。經中子探測微量分析發現：MTA主要由鈣和磷離子組成，與牙齒硬組織的離子成份分相同。氧化鉍是使MTA具有X線阻射性的成分，其阻射性明顯高于牙膠尖和牙本質，在X 線片上與周圍組織區分易于辨認。MTA調和后初期呈凝膠狀，pH 值為10.2， 固化時間約為4h，固化后pH 值上升至12.5。與氫氧化鈣相當，具有較強的抗菌和抑菌活性。

1.2臨床應用：MTA具有一定親水性，在固化時體積略微膨脹，電鏡觀察其質地為致密、無疏松孔隙的結構，使其具有良好的密閉性[3]。有研究表明，大鼠磨牙MTA直接蓋髓后1～ 5天，采用免疫組化法檢測TGF-β 1（調節細胞生長和分化的TGF-β 超家族）表達程度，發現其主要表達于穿髓孔下方的細胞中，表達強度呈上升趨勢。證明MTA作為一種良好的蓋髓劑所形成的牙本質橋優于其他蓋髓劑[4]。

用甲基噻唑基四唑（MTT）比色法檢測細胞增殖能力的研究表明，高濃度的MTA抑制大鼠牙乳頭細胞（RDPC）生長，低濃度的MTA可以促進RDPC的增殖和分化，進而誘導根尖周組織的再生。因此，MTA可作為根尖誘導成形材料應用于臨床[5]。

在潮濕條件下，MTA粉劑和蒸餾水調和發生水合作用，其聚合過程中的吸濕膨脹可彌補聚合收縮。在血液污染時，減少了封閉后邊緣微滲漏的發生。MTA解決了髓室底穿孔無法隔濕的技術難題，且MTA完全固化后的抗壓強度可達70Mpa，故它的封閉性能是其它材料所無法比擬的。它能嚴密隔絕髓腔和牙周組織，形成一道人工屏障[6]。MTA因具有良好的誘導牙骨質再生能力、優秀的封閉能力及良好的操作性能，目前已廣泛應用于根管穿孔的修補[7]。

MTA具有良好的生物相容性和封閉性，可以與牙本質發生化學性粘結，并能促進牙周組織的再生。研究表明，成骨肉瘤細胞（MG-63細胞）的堿性磷酸酶（ALP）在 MTA組活性高，提示該材料能促進成骨細胞的分化，說明MTA是一種極有應用價值的生物活性材料[8]。MTA能促進牙骨質增生，牙骨質可在MTA上方沉積，從而封閉根尖孔，達到治療目的[9]。

MTA預防性充填治療后在根尖孔處即刻形成根尖屏障，其中Ca2+能激活周圍間質中未分化的幼稚細胞，使之分化成為功能型的結締組織細胞（成骨細胞、成牙骨質細胞、成纖維細胞），使基質得以形成。Ca2+的存在還能激活三磷酸腺苷酶，該酶可增強牙體組織的鈣化作用。同時強堿性能中和吸收細胞的酸性產物，并產生對根吸收細胞不利的環境[10]。然而，MTA成本較高，可致牙齒變色[11]，含有對人體有影響的重金屬，硬固時間較長，不易操作不利于提高臨床工作效率，易導致充填初期被根尖周組織的液體浸泡、沖刷而流失，影響治療效果和成功率。

2 Ceramicrete

Ceramicrete是一種自固化具有粘結性的無機磷酸化瓷性材料，最初被用于封閉放射性有害物質，由于其具有高強度和低孔隙率的特點，逐步發展成為骨科和牙科可應用的水門汀。

2.1組成成分：包括：MgO、KH2PO4、3CaO·SiO2&2 CaO·SiO2、CeO2、Bi2O3、Ca10（PO4）6（OH）2等。在硅酸鹽與Ceramicrete基質發生化學反應的產物中，MgKPO4為硅酸磷陶瓷提供了高強度的性能，K2SiO3產生的無結構玻璃相填充在基質化合物的空隙中，提高其抗壓性和撓曲強度。

2.2臨床應用：Ceramicrete在調拌過程中有類似于水門汀的“面團期”，此階段適于進行充填操作，與MTA調拌過程的濕沙狀態相比提高了操作性能，降低了臨床治療的技術敏感性，Ceramicrete快速凝固的特點可防止根尖周組織液體沖刷作用造成充填物流失。Ceramicrete液體流量微滲漏比MTA小，具有更好的封閉性能。Ceramicrete根管充填材料具有良好的操作性能、理想的阻射性能、安全的生物相容性和潛在的生物活性，但還需進一步進行誘導成骨能力實驗和動物體內實驗[12]。

3 Bioaggregate（BA）

Bioaggregate是一種新的具有生物相容性的納米生物陶瓷材料。可用于修補穿孔、牙根吸收、根端充填、根尖誘導成形、蓋髓，于2006年通過美國FDA認證。

3.1組成成分：其主要成分包括：水合硅酸鈣、氫氧化鈣、羥磷灰石（HA）、氧化鉭和無定形氧化硅。它是磷酸鈣硅酸鹽水泥粉末用無菌去離子水混合后形成的水合物與羥磷灰石納米晶體摻入硅酸鈣凝膠的納米復合體。與MTA相比，Bioaggregate不含有毒金屬—鋁，不會對人體產生毒性反應；不含鐵、錳，不會致治療牙齒變色；用五氧化二鉭代替氧化鉍，有更好的X線阻射性，生物相容性。而且Bioaggregate含有羥磷灰石，增加材料強度，是純粹的有生物活性的材料。

3.2臨床應用：研究數據表明，Bioaggregate充填人類年輕恒牙比MTA和Ca（OH）2 有更高的抗斷裂性，用Bioaggregate作為根管填充材料最為有利[13]。Bioaggregate比MTA有更好的根尖封閉性，可以歸因于該粘附在牙本質壁的納米尺寸的粒子，且具有親水性[14]。在體外通過直接接觸法研究結果顯示，Bioaggregate24h后可強烈地抑制白色念珠菌的生長[15]。袁正林等將Bioaggregate、MTA分別與成骨細胞（MC3T3-E1）共培養，結果發現：Bioaggregate和MTA均對MC3T3-E1細胞無毒性作用。與MTA比較，Bioaggregate能夠誘導成骨細胞礦化基因COL-Ⅰ等的表達[16]。一項對比MTA和Bioaggregate細胞毒性的研究中，在炎癥反應和異物反應方面，Bioaggregate顯著優于MTA。因此，Bioaggregate比MTA具有更好的生物相容性[17] 。

4 Biodentine

Biodentine是在2010年9月推出的一個革命性新材料，它是一個集牙本質替代、保存牙髓活力、修復穿孔、修復吸收牙根、根尖充填全功能于一身的生物活性材料。

4.1組成成分：Biodentine是一種高純度的硅酸三鈣粉末，其含有少量二鈣的硅酸鹽、碳酸鈣、氧化鋯和氯化鈣，用聚羧酸溶液加速其凝固。氧化鋯具有更高的X線阻射能力[18]。Biodentine將粉和液體置于膠囊內，經12min調和即可固化，時間短，操作方便，可用于兒童牙齒的治療。

4.2臨床應用：用染料吸光度法體外研究表明，Biodentine的密封性比MTA略差[19]。在PBS緩沖液中，Biodentine和MTA對成纖維細胞有相似的細胞毒性[20]。Biodentine直接置于牙髓上，它可以引起早期的牙本質修復，可能是因為誘導漿細胞中TGF-β1分泌[21]。由于它具有的顯著優點及仿生礦化能力，Biodentine很大程度上改變了牙齒的充填和牙髓病治療，但仍需要進一步的研究來擴展這種材料未來在臨床應用的范圍[22]。

5 Endosequence（ERRM）

Endosequence根修復材料是一個含鈣的預混可注射的新型生物陶瓷材料。

5.1組成成分；由硅酸鹽，磷酸二氫鈣，磷酸和氧化鋯組成。EndoSequence不透射線，具有生物相容性和生物活性。高pH值使其具有抗菌活性[23]。

5.2臨床應用：多名學者用MTT比色法檢測EndoSequence對鼠纖維原細胞（L929細胞）、人牙齦成纖維細胞、成人人真皮成纖維細胞增殖的影響，從而間接測定材料的生物活性。結果顯示，顯示EndoSequence在體外有類似MTA的生物活性[24-26] 。

另有研究用逆轉錄-PCR的方法，比較的EndoSequence和MTA對人成骨細胞（MG-63）的細胞毒性。結果EndoSequence和MTA表現出極低水平的細胞毒性，可以忽略不計[27]。有學者用德爾菲法征求專家意見顯示，牙體牙髓治療最重要的是要“保存現有的牙釉質和牙本質”、“防止繼發齲”和“保存牙髓活力”；修復材料最重要的是要能實現“粘接的最優化”、“生物相容性”以及“使技術敏感性降到最低”。解決修復材料與牙髓-牙本質復合體的生物相容性以及預防繼發齲是牙科修復材料未來20年的發展趨勢。

口腔生物材料是材料科學與生命科學相互滲透和發展的必然產物，以生物材料及其制品為基礎的高新科技產業正在迅速發展，而對生物材料安全性和有效性的評價一直是生物材料研究領域的關鍵。由于生物材料與生物體直接接觸，因而生物相容性成為生物材料研究中始終貫穿的主題。但目前，沒有一種材料完全具備所有優點。因此，只有有效克服各自缺點，才能成為最具有前景的口腔生物材料。

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[收稿日期]2014-04-25 [修回日期]2014-05-14

編輯/李陽利