年輕恒牙牙髓再生治療的研究進展 ①

高碧云

(廣西醫科大學口腔醫學院兒童牙病科，廣西 南寧 530021)

年輕恒牙牙髓感染的治療是一項極其復雜而艱巨的任務，是兒童口腔醫學研究的難點和熱點。對于牙髓感染或壞死的根尖孔未閉合的年輕恒牙，臨床上傳統的治療選擇是使用氫氧化鈣(calcium hydroxide)進行根尖誘導成形術(Apexification)[1]。根尖誘導成形術在過去的幾十年里一直是罹患牙髓病和根尖周病的年輕恒牙的常規治療方法，其治療特點是通過加強根管消毒并利用藥物的誘導作用，恢復根尖部牙髓或牙乳頭活力，使根尖繼續發育和根端閉合。但它也有許多缺點：治療周期長；需多次就診；臨時修復材料脫落或封閉性不佳會導致根管內再感染；由于長期使用氫氧化鈣制劑還會增加患牙根折風險。這種治療方法僅僅是使根尖原位關閉，髓腔內無血管化的活性組織生成，牙齒無感覺及防御等功能，無牙本質繼續形成，空虛的根管仍需要進行充填，無法改變管腔過大、管壁過薄狀況[2]。

近年來，學者們一直探索著新的治療方法以避免上述弊端，嘗試著以生物學為基礎的方法治療牙髓感染的年輕恒牙，期望產生功能性的牙髓牙本質復合體來修復患牙。“牙髓血運重建”這個概念是在2001年1waya等[3]描述1例牙髓壞死伴根尖周膿腫的年輕恒牙的根尖周炎癥愈合和牙根繼續形成時首次使用。有學者認為“牙髓血運重建”不能確切描述這些病例中根尖周炎癥愈合和修復過程，越來越多的學者使用“牙髓再生治療”(regenerative endodontic treatment/procedure，RET/REP)這一名詞[4]。

1 牙髓再生治療的提出和發展

牙髓再生治療是最近幾年興起的一種新的治療方法，包括消毒根管，形成血凝塊和封閉冠部通路。再生治療在消除了根管感染之后，只需復診1次即可完成治療，節省了治療時間和費用；治療結束后不需要根管充填；可避免發生根折；再生的硬組織不但可以沉積在根尖形成正常的根尖封閉，還可以沉積在根管側壁，增加管壁厚度，增強牙體抗性[5]。

20世紀70年代，學者開始探索感染年輕恒牙的再生治療。Iwaya等[3]報道了1例13歲未發育完成的第二前磨牙因根尖周炎伴瘺管就診的病例，與傳統的根管治療術不同，此病例在徹底去除了根管內感染物之后，根管內置復合抗菌藥物并封閉冠部，15個月復診發現新生組織生成，電測有反應。術后30個月追蹤隨訪發現，牙根繼續發育，根管壁明顯增厚，根尖完全閉合，分析認為，盡管大部分牙髓壞死并嚴重感染，粗大的根尖孔處可能有微量牙髓存活，這些殘髓組織在感染消除后，可以向冠部生長，促進牙根發育。

Banchs等[6]對壞死感染的年輕恒牙用復合抗菌藥物進行徹底消毒，以患牙根管內的血凝塊作為基質充盈根管，嚴密封閉冠方，促使血管再生，術后24個月隨訪發現，治愈后的牙根得以繼續發育，根尖閉合，根管長度增加，管壁增厚，而且牙髓活力冷測出現反應。基于牙根發育完成的事實，推測新生組織為擁有成牙本質細胞功能牙髓，而血凝塊則充當新生組織長入的支架。

然后，有學者對患根尖周炎或根尖膿腫的年輕恒牙進行保守治療，開髓后，次氯酸鈉和雙氧水沖洗根管。吸干，封入CH，并定期復診更換CH。整個治療過程中，不對根管進行任何機械預備。術前術后對比X線表明，病例牙根尖均發育完成：根長增加，管壁增厚。推測，當牙髓完全壞死時根管內的新生組織是牙骨質，牙周膜和骨組織，使管壁增厚的是牙骨質；年輕恒牙根管粗大血運良好，部分牙髓可耐受根尖膿腫而存活并形成牙本質，與長入的牙骨質混合[7-8]。

最初的學者使用三聯抗生素糊劑(甲硝唑、米諾環素、鹽酸環丙沙星)進行根管消毒，卻意外地發現其能夠促進牙根繼續生長。動物模型中的結果表明，使用抗生素糊劑治療的年輕恒牙43.9%根管壁增厚，54.9%出現根尖封閉，64.6%根尖暗影消失或減小[9]。Shah等[10]的臨床研究中對存在根尖周炎的年輕恒牙使用抗生素糊劑進行治療后，93%的牙齒根尖暗影吸收，57%的牙齒牙本質壁增厚，71%的牙齒牙根長度增長至接近同名牙。該方法的具體機制并不明確，可能為抗生素使牙本質中的膠原纖維暴露，導致生長因子含量增加，提高了宿主牙本質細胞的生長速率[10]。

2 牙髓再生的組織學要素

組織學的三大要素：干細胞、生長因子和生物支架，這三者在牙髓血管再生中起協調作用。最近也有新的學說提出，即生物微環境是組織學不可或缺的第4個因素，在干細胞體內存活情況中起著重要的作用[11]。

2.1 干細胞

干細胞具有多向分化的潛能，是牙髓血管再生的生物學基礎。2000年，Gronthos等[12]首次自成人牙髓組織中分離出干細胞，并將其命名為牙髓干細胞(DPSC)，為組織學的應用奠定了基礎。迄今為止，學者已成功分離出的牙齒干細胞包括牙髓干細胞(DPSC)、根尖乳頭干細胞(SCAP)、乳牙牙髓干細胞(SHED)及牙周膜干細胞(PDLSCs)[13]。

但是干細胞應用中仍面臨著巨大的挑戰，干細胞的來源和數量是我們需要考慮的問題。非本體來源的干細胞移植存在著免疫排斥和感染的風險，且符合提取要求的干細胞能被成功提取后也所剩不多。解決這些問題只能是尋求更多的干細胞來源。如已有學者通過實驗發現炎癥牙髓組織也可分離出牙組織，非牙源性組織也能刺激牙源性再生反應[14]。有學者研究了將內源性細胞歸巢技術應用于牙髓再生，證明了干細胞移植可被利用自身體內細胞進行組織再生的方法替代[15]。

2.2 生物支架

生物支架可為干細胞的增殖分化提供生長空間，可為血管和神經的再生起支持作用。作為牙髓組織再生的支架材料首先應具有以下的基本特點： 必須有良好的生物相容性和無毒性； 在體內必須有可降解性，植入機體內的支架材料應能被周圍組織吸收而不需要二次手術取出，其降解率宜與組織的形成速率保持一致，以便新形成的組織能及時取代原有支架的機械負載功能；應有合適的孔隙率，以便于細胞在其中進行滲透和生長并傳遞各種營養物質、氧氣和新陳代謝產物； 應具有合適的物理機械性能，便于進行各種特殊的模型構建。目前，在牙髓組織工程中應用最為廣泛的生物材料有兩類： 一類是人工合成的高分子聚合物(如： 聚乳酸、聚乙醇酸及二者共聚物)； 另一類是從生物資源里提取的基質(如： 重組膠原、藻酸鹽)[16]。

外源性材料的植入有可能引發機體炎癥反應等問題，且細胞外基質是一個復雜的、動態的微環境，其中包含多種不同功能的生長因子參與細胞相關活動的調控，而外源性支架材料形成相似環境的能力十分有限。利用細胞或機體本身所具備的能力來構建一種生長因子及細胞的載體或微環境，可有效解決這些問題[14]。

2.3 生物因子

生物因子的應用，對牙髓血管再生治療的成功起著關鍵作用。生物因子包括內源性生物因子和外源性生物因子。其中，內源性生物因子主要來源于牙本質、根管內血凝塊等。這些生物因子通過根管預備和沖洗釋放到根管內的方式，與靶細胞的受體相結合，在細胞增殖分化過程中起調控作用，進一步促進血管和神經的形成[17-18]。

不同生物因子的生物學作用不同，若想實現特定的分化，則需用不同的生物因子誘導不同來源的干細胞。只有熟悉各類生物因子的生物學特性和其與干細胞的關系，才能確保牙髓再生治療術的治療效果[19]。

生物因子穩定性差，體內半衰期短，分解速度快，直接使用很快被稀釋代謝，大劑量使用則會導致不良反應，成本高等缺點，限制了其臨床應用。因此如何建立有效的緩釋系統，保護生物因子在體內的活性，維持其有效的生物學濃度是臨床上極具挑戰性的問題。

3 牙髓再生的新思路

3.1 組織工程方法可以實現牙髓組織的再生

組織工程是研究和開發具有修復和改善損傷組織功能的生物替代物的一門科學，其原理和方法是先在體外將細胞種植于具有良好生物相容性、可被人體吸收的生物材料上形成細胞生物材料復合支架，并將該支架植入機體組織、器官病損部位，以達到修復創傷和重建功能的目的。年輕恒牙開放的根尖孔與相對短小的牙根能保證新生組織充足的血供，是組織工程最佳的適應證。

組織工程所用的支架材料，除了要有一定的機械強度和較高的孔隙率、比表面積外，還應具備：良好的生物相容性，在體內不會引起炎癥或致畸反應；適當的生物可降解性，在細胞生長繁殖的同時支架材料同步降解；易加工成所需要的形狀。在牙髓組織再生的動物模型中，Hung等[20]利用兔的牙髓干細胞負載于膠原支架材料上，回植入兔的牙槽窩內，發現類牙齒樣組織。Zheng等[21]將豬乳牙牙髓干細胞與β-TCP負載后回植于豬下頜骨缺損部位，可觀察到類骨樣結構生成。體外培養的DPSCs在聚乙醇酸(PGA)支架上生長良好，將其置于根管內并植入裸鼠皮下培養一段時間后通過牙齒切片可以觀察到血管化良好的類牙髓樣組織，并有連續的牙本質樣物質沉積。

3.2 干細胞在組織工程中作為種子細胞

干細胞治療的理念是利用干細胞替代、修復和加強受損的組織與器官的生物學功能，達到組織再生或修復的目的。獲得合適的干細胞來源是干細胞治療的重要部分。乳牙牙髓干細胞(stem cells from human exfoliated deciduous teeth，SHED)是早期外胚葉間充質組織頭部的神經嵴細胞遷移衍生出的牙髓間充質干細胞。2003年，Miura等[22]在7～8歲兒童的脫落乳牙牙髓中分離出具有高度的單克隆能力、增殖能力、體內成骨等能力的多能干細胞，并命名為SHED。之后，多項研究進一步表明SHED具有成骨分化、成脂分化、神經細胞方向分化等多向分化潛能，而且乳牙牙髓被視為生物廢棄物，數量可觀，符合倫理要求，因而漸漸成為干細胞領域的研究熱點。

年輕恒牙牙髓再生旨在通過DPSC分化為成牙本質細胞和血管內皮細胞，形成新生牙本質、血管及神經，促進牙髓活力恢復及牙根的繼續發育，是治療年輕恒牙牙髓病變的新思路。近年來，學者們廣泛研究了SHED、根尖周牙乳頭干細胞(stem cells from apical papilla，SCAP)和DPSC在牙本質-牙髓組織工程再生中的作用。在體內，SHED不僅可存活、增殖并形成牙本質樣結構，還可分化為牙本質細胞樣細胞和內皮樣細胞并形成含血管網的類似生理性牙髓樣結構[23]。研究證實，SHED可分化為成牙本質細胞和血管內皮細胞，前者可分泌牙本質涎磷蛋白與牙本質基質蛋白，并形成管狀牙本質，后者可形成和宿主脈管相連的功能性血管[24]。在組織工程牙髓再生的研究中，將SHED和生物支架(PuramatrixTM或 rhCollagentypeⅠ)置入全長根管后移植到裸鼠背部皮下，發現SHED可分化成具有分泌功能的成牙本質細胞，并形成和正常牙髓的細胞、血管組分類似的功能性牙髓和管狀牙本質[25]。這些都是異位牙髓再生的研究，目前還需要進一步探索SHED在口腔環境中介導牙髓-牙本質再生能力。

4 牙髓再生存在的問題與展望

對牙髓壞死的年輕恒牙，臨床上可以通過根尖誘導成形術使其得以保存，但還是有很多牙齒即使經過牙髓治療，依然沒有機會保存下來。而組織工程有可能使患牙恢復結構的完整性。即通過體外誘導成牙本質細胞再生結合支架形成三維組織結構(或整合入血管、神經等)，移植到體內并為其提供血運重建和神經再生的誘導微環境，從而保證移植組織生存并發揮功能。這是一種理想的牙髓再生過程。然而不管哪一方面的突破都是非常困難的，甚至有些還只是理論上的猜想，或者處于發展的早期。在牙髓再生學的發展中，最富挑戰性的就是怎樣使各個組成過程最優化并融為一個整體，最終實現牙髓-牙本質復合體再生。