脫礦牙本質基質的性能及臨床應用進展

李彧,馬宇鋒,2，邢盼盼

(1山西醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院,太原030000;2山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院)

在牙周、牙體牙髓、口腔頜面外科方向，各種病因造成的骨量缺損，給臨床工作及患者的康復帶來巨大挑戰(zhàn)，因骨缺損而植骨的患者數(shù)量多、需求大，研發(fā)性能優(yōu)異的植骨材料及提高供應量，是每個口腔臨床研究者和醫(yī)生迫切需解決的問題。目前常用的植骨材料包括自體骨、同種異體骨、異種骨、人工合成材料，自體骨由于其本身富含多種生長因子具有骨誘導性和支架作用，且不會產生免疫排斥反應，因而被認為是植骨的“金標準”[1]，但因其來源于患者本身，擴大第二術區(qū)會再次增加患者的痛苦及手術風險。異種骨是從動物身上通過一系列特殊工藝獲得的移植組織，理化性質接近人骨組織，且來源廣泛，但本身不具備骨誘導性且不能完全消除疾病傳播(牛海綿狀腦病)及移植物排斥反應的風險[2]。人工合成材料因其有不同的制作方法，具有不同的理化性質，但其本身非生物性材料并不具有骨誘導作用，且造價成本高昂。作為同種異體骨的脫礦牙本質基質(DDM)經(jīng)問世以來，由于其出色的結構特點和性能，已成為一種應用廣泛的植骨材料。現(xiàn)將DDM的性能及臨床應用進展綜述如下。

1 DDM的組成與結構

DDM由人類的牙齒制成，如拔除的第三磨牙或因牙周病脫落的牙齒等，將這些牙齒經(jīng)脫礦、沖洗、凍干、消毒等復雜工藝[3]便制成富含多種生長因子及其載體的復合物[4]。在基本構成方面，牙本質與骨非常相似，它們都是由65%的無機物與35%的有機物和水組成，其內部含有諸多生長因子如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)、牙本質基質蛋白、轉化生長因子-β、胰島素樣生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等。其中具有單獨且最有效促進骨誘導作用的生長因子BMPs，是由Urist[5]于1965年將脫鈣骨基質植入鼠股肌內從而異位誘導生成骨組織，在此研究基礎上深入分析脫鈣骨基質中的成分，發(fā)現(xiàn)其中一種具有誘導骨組織生成的特殊物質并將其定義為BMPs。BMPs是一種酸性多肽，對胰蛋白酶及糜蛋白酶敏感,耐核酸酶及膠原酶等大部分蛋白酶，在酸性環(huán)境下易存活，當pH>8.5時易失活，除了具有誘導骨與軟骨生成外，在誘導骨骼肌、脂肪組織、牙體、毛囊、多能干細胞、腎臟組織等一系列組織器官中均有重要作用[6]。

目前DDM具有粉末和塊狀兩種不同形式，而在臨床中主要應用粉末狀形式，通過將牙本質粉碎成300～800 μm大小的顆粒制備而成[7]。Kim等[7]通過掃描電鏡及ED分析DDM的結構元素觀察發(fā)現(xiàn)其含有五種不同的生物磷酸鈣，包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、磷酸八鈣、無定形磷酸鈣和脫水磷酸二鈣，這五種磷酸鈣相互作用參與誘導骨組織再生和改建。

雖然DDM的制作過程會經(jīng)過酸蝕脫礦等，但Carvrloh等[8]報道新鮮的牙本質在制作脫礦過程中不會破壞其生物學活性。天然牙本質有許多直徑為1.2～2.5 nm的牙本質小管，經(jīng)脫礦處理會放大牙本質小管松動膠原蛋白基質，成為釋放成骨細胞生長因子所必需的蛋白質通道，還會增加材料表面粗糙度，增加血液及其他體液對材料的吸收利用能力。根據(jù)國際純粹與應用化學協(xié)會的定義，內部孔徑在2～50 nm的材料被稱為介孔材料，掃描電鏡下觀察DDM[7]，發(fā)現(xiàn)其屬于介孔材料。由于介孔材料的內表面和孔隙適合內部成分與外界物質的交流，是理想載體所應具備的性質。

2 DDM的特殊性能

2.1 骨誘導性 在探究DDM自身骨誘導性的研究中，Bakhshalian等[9]在兔顱骨缺損處采用DDM行引導性骨組織再生術并設立空白對照組，觀察到所有時間點植入DDM組所形成的新骨厚度均高于未植入組，且無任何免疫排斥或感染狀況出現(xiàn)，DDM組的堿性磷酸酶活性均高于空白對照組，表明其新骨生成率或轉換率較高。在非骨組織區(qū)域異位成骨效果研究中，楊勝銀等[10]在兔雙側脊肌區(qū)制作肌袋并植入DDM，通過不同時期切片觀察到實驗組植入的DDM周圍肌組織中的堿性磷酸酶、CD44以及膠原纖維含量相對于對照組明顯增多，并在第4周時出現(xiàn)新生骨樣基質，第20周觀察到新生軟骨樣基質和明顯的礦化區(qū)。楊禾豐等[11]將脫礦處理的牙本質基質與骨髓間充質干細胞(BMSCs)培養(yǎng)后，檢測結果顯示DDM促進BMSCs增殖速率較空白對照組明顯升高，且Ⅰ型膠原蛋白、Runt相關轉錄因子-2表達量亦明顯增高，表明DDM促進BMSCs增殖及成骨細胞向分化。Goms等[12]還在人工誘導的糖尿病兔頂骨缺損中植入DDM，發(fā)現(xiàn)DDM同樣可誘導成骨，在缺損處新生的骨小梁無論是結構還是數(shù)量均與非糖尿病兔骨缺損處植入DDM無明顯差異，進一步說明DDM優(yōu)異的骨誘導性能。

2.2 載體支架作用 DDM植入體內后不僅可防止自身所攜帶的BMPs被體內酶類所代謝，還可在與其他活性因子聯(lián)用的情況下作為一種良好的屏障和載體而發(fā)揮作用。Kim等[13]將DDM浸泡在具有促進細胞分裂、有助于創(chuàng)口愈合的人脫氧核糖核苷酸(PDRN)液體后植入大鼠體內，顯微鏡下觀察到DDM誘導周圍間充質細胞分化為成纖維細胞和成骨細胞，并在第4周出現(xiàn)礦化軟骨樣組織，且PDRN與DDM聯(lián)合植入體內后并未被體內酶類代謝，這使得PDRN所具有的功能得以最大限度的發(fā)揮，加速刺激成纖維細胞及成骨細胞的分裂，較單純使用DDM加速了礦化組織的形成。侯宗鵬等[14]將DDM作為支架結合富血小板血漿植入大鼠頜骨缺損模型處，發(fā)現(xiàn)在相同時間內二者結合物組的新生骨面積大于單純使用DDM或富血小板血漿組，進一步分析發(fā)現(xiàn)當二者結合后骨誘導相對分子質量增多，DDM保證富血小板血漿內各類物質避免在體內代謝，從而持續(xù)發(fā)揮其作用。Um等[15]通過將DDM聯(lián)合BMPs對比目前國際使用最廣泛的Bio-oss骨粉聯(lián)合BMPs，將兩種結合物質植入同一大鼠體內，并在不同的時間段觀察植入部分周圍組織切片計算成骨量，結果顯示雖然二者均有成骨作用，但DDM/rhBMPs成骨效果優(yōu)于Bio-oss/rhBMP，推斷可能是由于DDM的介孔結構更有利于其與BMPs的結合和緩釋。

2.3 促進牙髓干細胞增殖、遷移及牙周組織再生 Chi等[16]通過體外評估DDM對牙髓干細胞(DPSCs)克隆群體的影響，觀察到DDM具有刺激細胞增殖，減少凋亡標志物半胱天冬酶3，增加細胞存活標記物Akt1表達和增強礦化基質沉積，并且DPSCs還成功遷移到DDM的膠原凝膠中，細胞保持存活并且在3 d內數(shù)量增加。Widbiller等[17]則通過進一步提純脫礦牙本質內各類物質，將它們與DPSCs進行培養(yǎng)后觀察到牙本質內的牙本質基質蛋白在促進DPSCs增殖和向成牙本質細胞分化方面起主要作用。以上實驗說明了DDM所釋放的物質可以促進DPSCs的增殖和向成牙本質細胞的分化，從而形成牙本質礦化組織，具有促進牙齒發(fā)育根尖閉合以及修復性牙本質生成的作用。楊禾豐等[18]通過分析各時期牙囊細胞在牙本質基質液中浸泡下所釋放的各種成分，發(fā)現(xiàn)牙本質基質能明顯上調成骨/成牙骨質相關基因(Runx2、ALP、CP-23、OPN)的蛋白表達水平，證明牙本質基質有助于牙囊組織向牙骨質和牙槽骨生長，推斷DDM有可能對牙周組織的再生具有促進作用。

3 DDM的臨床應用

3.1 修復種植體周圍骨缺損及上頜竇提升 Kim等[19]于2010年在6例需種植牙患者手術中同期植入DDM與種植體，在隨訪中觀察到DDM逐漸吸收，且與周圍組織相容良好，46%～74%植入的DDM已通過骨誘導過程被新生骨組織替代，6年后，該研究團隊通過口腔CBCT設備檢查了其中的5例患者，并觀察到5例患者6年時間內頰側骨高度與寬度的減少分別為0.4～3.3 mm和0.4～4.2 mm，并且患者所形成的皮質骨與種植體均融合良好且穩(wěn)定。Kim等[20]亦在23例需種植牙且伴牙槽骨骨量不足的患者植入DDM之后同期共植入種植體，在1年內測量初次和二次手術植體穩(wěn)定性，拍攝CBCT觀察種植體骨結合率以及新生骨質情況。結果顯示所有部位具有良好的穩(wěn)定性且維持良好，無并發(fā)癥，在術后4個月時從3例患者上頜骨收集的組織樣品制作切片，顯微鏡下觀察到致密的纖維結締組織還有結構發(fā)育良好的新生骨質及周圍密集的毛細血管。Pohl等[21]將制作的自體脫礦牙本質基質(ADDM)植入6例患者的上頜竇底行上頜竇提升術，并同期在相應部位植入植體，在術后5年期間多次進行術后隨訪與測量植體穩(wěn)定性，無論是患者的主觀感受或數(shù)據(jù)均令人滿意，在該區(qū)域共進行了多次取骨活檢，觀察到ADDM顆粒逐漸吸收，周圍新生的骨質結構與正常骨組織無區(qū)別，且周圍大量毛細血管形成。以上實驗表明，用DDM可修復種植體周圍的骨缺損，其顆粒尺寸和表面介孔結構促進DDM內部物質持續(xù)與周圍組織交換，一方面釋放各種生長因子在植體周圍，加速誘導周圍間充質細胞向成骨細胞成纖維細胞等分化，同時多孔疏松結構使得毛細血管可進入其內部提供養(yǎng)分及增強抗感染能力，既能在種植手術初期提供良好穩(wěn)定性又可持續(xù)穩(wěn)定地促進周圍組織骨化。

3.2 誘導牙槽骨及頜骨組織再生 Pang等[22]為觀察DDM在拔牙后牙槽位點保存的臨床效果和組織學結構，通過對24例患者共33個拔牙位點拔牙后分別即刻植入DDM與Bio-oss骨粉，并在術后6個月內進行骨量測量和切片觀察，所有病例未觀察到移植物與周圍組織的感染，兩種材料移植后的測量結果無統(tǒng)計學差異。符偉柱等[23]將DDM用于填充頜骨囊腫刮治后的空腔，在隨訪1個月后出現(xiàn)骨小梁結構，3個月后影像學顯示已與周圍組織無區(qū)別。Jung等[24]在20例患者拔牙后分別植入DDM與DDM/rhBMP-2行牙槽嵴保存術，測量術前與術后4個月牙槽嵴高度與寬度的變化，結果顯示DDM與DDM/rhBMP-2對比空白對照組均可顯著減少牙槽嵴高度與寬度的喪失，且rhBMP-2與DDM的組合還表現(xiàn)出明顯的結構穩(wěn)定性和更高的新骨形成量。DDM具有穩(wěn)定且緩慢持續(xù)的降解速率，在植入初期提供穩(wěn)定的支架和生長因子有助于新骨沿著支架充滿缺損處，且降解速率應與組織再生速率相匹配，在后期逐漸降解，保證新生骨組織與周圍融合維持結構的完整

3.3 不同脫礦程度DDM對骨組織再生的影響 Koga等[25]為探究和改善DDM自身的性能，制作大鼠顱骨缺損標本并在缺損處植入不同礦化程度的脫礦牙本質基質(70%脫礦與完全脫礦)，觀察到盡管部分脫礦與完全脫礦兩種都具有誘導缺損區(qū)成骨細胞分化的作用，但前者具有更加優(yōu)異的成骨活性。在此基礎上，該團隊通過在牙槽骨增高術和上頜竇提升術等手術的同期植入部分脫礦牙本質基質，并對患者進行術后隨訪與組織學觀察，結果證明部分脫礦牙本質基質作為牙槽骨再生的骨替代物具有良好的臨床效果，病例均有良好的骨形成，在二次手術中植入種植體后，病患均表現(xiàn)出穩(wěn)定的骨結合與良好的初期穩(wěn)定性，不但證明了脫礦牙本質基質做為植骨材料的效果還為探究牙本質脫礦程度對其性能的影響打開了新的思路[26]。

3.4 引導組織再生及牙體再礦化 Ge等[27]將ADDM植入51例第二磨牙遠中牙周骨壁缺損患者的缺損處，并設立單純牙周基礎治療作為對照組，在術后6個月和12個月時測量探診深度與附著水平，結果發(fā)現(xiàn)植入ADDM組的探診深度與附著水平明顯優(yōu)于對照組。蔣月桂等[28]將DDM作為直接蓋髓劑用于臨床病例，在2年的隨訪中發(fā)現(xiàn)其與氫氧化鈣療效相差無異，之后他們將DDM與氫氧化鈣分別用于51例年輕恒牙牙髓炎患者行根尖誘導成形術，2年后觀察到DDM組92.86%患者的根尖孔閉合牙根發(fā)育完成，以上實驗進一步證明了DDM促進組織礦化再生的能力，其內部BMPs和牙本質基質蛋白等在促進牙周和牙髓組織的再生中具有重要作用。

綜上所述，DDM因其本身所含的各種生物活性因子和介孔結構，是一種既有骨誘導作用，又可與其他生物因子合用而作為支架發(fā)揮緩釋作用的材料，其具備理想植骨材料的三大性質，包括骨誘導、骨傳導及生物相容性，同時在上述研究中還能對牙體和牙周組織具有促進發(fā)育的作用，在口腔內科疾病的治療中亦有重要價值，其材料來源充足，隨著對材料的不斷研究簡化其制作過程，將會成為一種便捷且來源充足的植骨材料，具有廣泛的應用前景。