牙本質作為骨移植材料的研究進展

趙彬彬 仲維劍 馬國武

大連醫科大學口腔醫學院附屬口腔醫院種植科 大連116021

牙槽窩位點保存，頜骨的修復和移植物的成功植入不僅對美觀至關重要，也是功能性義齒修復的必要條件[1]。由外傷、牙周病、腫瘤等原因造成的骨量不足給后期的臨床工作帶來了巨大挑戰，因骨量不足而需要植骨的患者數量增多，研發性能優異的骨移植材料成為了科研人員和臨床醫生需要迫切解決的問題。

近年來，隨著口腔材料學的不斷發展，不同類型的骨代用材料被應用于修復牙槽骨。具有生物相容性、可降解和骨傳導性的人工合成材料是最常用的生物材料，例如：羥磷灰石、磷酸三鈣和生物活性玻璃等。然而，成骨緩慢、吸收時間長、價格較高等因素限制了其應用。自體骨因富含多種生長因子具有優異的骨誘導、骨傳導和骨生成作用，不引起免疫排斥反應，被認為是最佳骨移植材料，但存在來源有限、吸收率高達50%[2]、二次創傷和供骨區域疼痛、感染等缺點[3?4]。異種和異體骨來源豐富，可根據缺損部位與形態修飾成需要的形狀，修復個性化骨缺損[5]，但存在傳播疾病和移植物排斥反應的風險，且制作工藝復雜，費用較高[6]。由此可見，各種骨代用材料都各有優缺點，因此尋找一種新型骨移植材料成為了骨再生領域的研究熱點。

牙本質因和骨組織都富含礦物質，并且有著相似的物理化學結構，形成機制也非常的相似，兩者都是由富含膠原蛋白的有機基質和板層狀磷灰石晶體組成的，在牙本質和骨的形成過程中，成牙本質細胞和成骨細胞在礦化前沿與細胞之間分泌一種未礦化的富含膠原蛋白的基質分別稱為前牙本質和類骨質，磷灰石晶體沉積的時候，前牙本質和類骨質被礦化[7]。以上特性使其成為骨移植材料成為可能，且牙本質來源于不能保留的牙周病患牙或正畸減數牙以及第三磨牙等，經過處理后能被應用于骨再生，這樣患者易于接受并且節省費用。

本文就牙本質在骨再生領域中的基礎研究和臨床應用作一綜述。

1 牙本質的物理化學性質與成骨機制

牙本質是由成牙本質細胞分泌的構成牙主體的硬組織，由牙本質小管和細胞間質組成，主要功能為保護內部的牙髓并支持表面的釉質[8]。牙本質中的無機物成分主要為羥磷灰石，與骨組織相似，無機物中還含有少量的磷酸三鈣、磷酸氫鈣、非晶磷酸鈣和磷酸二鈣脫水，這5 種生物磷酸鈣植入體內時發生交互作用，可以促進骨的重塑功能[9?10]。微量元素有氟化物、碳酸鈣、鎂等，無機物含量占牙本質質量分數的70%，其余20%是有機物，10%為水[11]。有機物的組成中90%以上為Ⅰ型膠原蛋白，還含有少量的Ⅲ型和Ⅴ型膠原蛋白。膠原蛋白可作為骨再生的支架，并可以容納礦物質。Ⅰ型膠原蛋白和磷灰石晶體不僅為新骨生成和細胞附著提供優良載體，也為生長因子發揮作用提供空間支架作用。牙本質非膠原蛋白中最重要的是牙本質磷蛋白和牙本質涎蛋白，它們可以調節礦物質的沉積，穩定、啟動和抑制礦化過程，并且可以促進骨的鈣化[12]。

在牙本質中發現了很多生長因子，有轉化生長因子、成纖維細胞生長因子、胰島素樣生長因子、血小板衍生生長因子等，這些生長因子在誘導新骨生成和促進骨改建以及創傷修復中發揮了重要作用[13]。牙本質中還含有由成纖維細胞形成的骨形態發生蛋白，能誘導未成熟的間葉細胞向成骨細胞轉化，進而轉變為新生骨組織[14?15]，是骨細胞形成過程中非常重要的生長因子，其中的骨形態發生蛋白2 對未分化間充質細胞和骨系細胞有進行集聚和分化作用，并且還可以使成纖維細胞和成肌細胞逆向分化，使之成為骨系細胞[16]。骨形態發生蛋白促進新骨生成作用效果確實，但是由于其半衰期較短，不能長期維持有效濃度，降低了誘導新骨生成的能力[17]。牙本質基質可以作為骨形態發生蛋白的緩釋系統，使骨缺損區的骨形態發生蛋白不斷釋放，可以長期維持骨形態發生蛋白發揮作用的有效濃度，并與上述生長因子聯合作用，可以有效促進骨再生[18]。

2 牙本質的處理及制備方法

2.1 自體牙本質的制備

自體牙本質處理方法一般為快速手機去除牙的釉質、牙骨質、牙髓、牙周膜以及牙周纖維等，然后將牙齒在骨磨中粉碎成顆粒，后在專業的機器中進行脫水、脫脂、脫礦或不脫礦、滅菌處理等就可以應用于臨床，由于是自體組織，不存在傳播疾病的風險，并且可以根據缺損的部位來選擇合適的牙本質的形態和大小。

2.2 異種牙本質的制備

為彌補自體牙本質數量的不足，科研人員開始在動物實驗中探索異種牙本質能否應用于臨床。因牙本質中含有膠原蛋白、脂類、蛋白多糖等潛在抗原性物質，并且成牙本質細胞突起也能引起免疫排斥反應[19]。所以為了提高成骨活性，避免感染和移植物排斥的風險需要對異種牙本質進行處理，常用的方法有煮沸、冷凍干燥、煅燒、脫礦等，這些方法均能不同程度地促進骨缺損區的愈合。

煮沸法是運用高溫使酶失活的原理，使蛋白等抗原性物質失活，從而避免免疫排斥反應，Moharamzadeh等[20]將拔出的小牛牙齒通過根尖孔去除牙髓，并用快速手機去除牙周韌帶和釉質，用研缽和研杵將牙本質粉碎成小塊，在蒸餾水中煮沸2 h，在異丙醇中回流2 h，蒸餾水清洗后在100 ℃下風干，最后研磨成小顆粒粉末，植入大鼠股骨中，觀察到經過煮沸法處理的牙本質顆粒具有良好的生物相容性，不引起炎癥反應，具有骨傳導性。

冷凍干燥法是將含有水分的物體冷卻至晶點以下，使物體中的大部分水變成冰，剩余的水和物體成為非晶態，將凍結的物體在真空環境中低溫加熱，逐漸使冰升華實現干燥，經過以上處理的物體可以在密封環境中長期保存。王方[21]將拔除的前磨牙和磨牙立刻放入超低溫冰箱中，在-80 ℃中儲存3個月初步降低其免疫原性，取出后刮除牙周膜、拔髓，快速手機去除釉質、牙骨質，在超聲中用去離子水進行蕩洗，清洗好的牙本質放入17%的乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetra?acetic acid，EDTA）中浸泡5 min，然后去離子水超聲蕩洗10 min，再放入EDTA 中清洗，這個過程進行3 次，將牙本質放入三氯甲烷和無水乙醇的混合溶液中浸泡2 h 后過蒸餾水清洗，經過2 h的預凍處理，降溫除水后移至真空冷凍干燥機中干燥72 h，真空包裝后經Co?60輻射滅菌，然后室溫保存，使用前將處理好的牙本質置于水中浸泡30 min 完成復水過程，將牙髓干細胞膜片聚集體分別與凍干牙本質、未經處理的牙本質和羥磷灰石復合后在裸鼠的皮下移植，8周后進行組織學觀察發現，凍干牙本質和未經處理的牙本質同樣具有誘導人來源牙髓干細胞向成牙本質細胞分化的能力，并且在體內可以再生牙髓牙本質復合體，具有良好的生物相容性。

煅燒法是將牙齒經過高溫煅燒處理，燒結成粉末狀的羥磷灰石顆粒，可以為骨細胞成長提供支架，有著良好的生物相容性，但缺點是粉末狀的顆粒流動性強，黏附效果差。Huang等[22]將臨床上收集的牙齒去除軟組織和釉質，用蒸餾水和75%的乙醇依次在超聲波中清洗，在燒結爐中以每分鐘5 ℃的速度加熱至800 ℃燒結牙本質，用研缽、研杵和篩子將燒結后的牙本質研磨成250～500 μm 的顆粒，最后通過18.1～22 kGy 劑量的γ 射線照射進行滅菌，植入雄性新西蘭兔顱骨制備的圓形骨缺損中，經過1、2、8 周時間觀察發現，每個時間點新骨生成量均高于對照組，證明經過煅燒的牙本質具有與天然羥磷灰石相似的物理化學性質，并且這種方法處理的牙本質對細胞沒有毒性作用，具有高度的生物相容性。

脫礦法是將無機物部分或全部去除以改善牙本質基質的成骨活性。Minamizato等[11]將患者的第三磨牙拔除后去除軟組織、牙石、牙冠修復體和牙根充填物，用磷酸鹽緩沖溶液沖洗2 次，使用特定的機器在陶瓷杯中用冰塊壓碎牙齒為400～800 mm 的顆粒，并用氯化鈉溶液沖洗，在pH=1的2%硝酸溶液中脫鈣10 min，然后在氨丁三醇中沖洗2 次，持續10 min 備用，用于上頜竇外提升植骨，術后運用X 線評估骨生成量，術前平均高度為7 mm，術后3 個月平均高度為15.7 mm，術后4 個月觀察到植骨區密度減小，宿主骨與移植物之間的邊界變得模糊不清。并且在之前的研究[23]中證實了與礦化牙本質相比，成骨細胞在脫礦牙本質基質（demineralized dentin matrix，DDM）表面具有更好的附著性。

DDM 是指含有10%～30%羥磷灰石、骨形態發生蛋白等非膠原生長因子和磷酸三鈣的酸性不溶性膠原支架[24]，這種方法因去除了無機物，牙本質小管會變得更寬，并作為釋放必需蛋白質的通道[25]，可以使牙本質中的生長因子和骨形態發生蛋白快速地釋放，促進成骨細胞的成長和分化，可以加快新骨的生成，并且對材料的吸收有促進作用。

許多動物實驗[26]表明，脫礦牙本質在4周時開始進行骨誘導，而未脫鈣牙本質在8～12 周才開始進行骨誘導，未脫鈣牙本質的延遲誘導特性可能與磷灰石晶體阻礙了骨形態發生蛋白的釋放有關。缺點是材料由于脫去了部分或全部礦物質導致材料吸收過快，不能維持空間支架作用，這與牙本質的脫礦程度有關，而且脫礦法制備的牙本質由于使用硝酸等藥物存在一定的危險性，并且制備方法復雜，不同的制作方法導致實驗結果差異明顯。Koga等[23]將人牙本質制備成直徑為200、500、1 000 μm 的顆粒，每組根據脫礦程度再分為未DDM 組、部分DDM 組（脫礦70%）、完全DDM組，分別植入大鼠顱骨缺損區，經過4和8周，通過顯微CT 和組織學觀察發現完全DDM 組大部分被吸收，未脫礦組沒有吸收，這兩者誘導較少的骨形成，而不同直徑的部分脫礦組誘導了更多的新骨，尤其是1 000 μm 直徑的，說明不同脫礦程度和不同粒徑的牙本質顆粒誘導新骨生成的能力不同，需要進一步研究確定臨床上最適合的脫礦程度和直徑。

自體和異體牙本質均可以根據術區部位及具體情況用快速渦輪機和骨磨、骨篩將牙本質制成粉末狀、顆粒狀、片狀或者塊狀。

3 顆粒狀牙本質在臨床中的應用

3.1 自體顆粒狀牙本質的應用

目前，自體牙本質顆粒在臨床上已經得到了廣泛應用，如拔牙窩位點保存、即刻種植后跳躍間隙植骨、引導骨再生術、上頜竇提升術等多個領域。

在引導骨再生術方面，Li等[27]將自體脫礦牙本質顆粒應用于即刻種植后引導骨再生并與Bio?oss 骨粉組進行比較，在術后即刻、術后6 個月和18 個月3 個時間節點進行對比，發現兩者在種植體穩定性和邊緣骨吸收率方面無明顯差異。Kim等[28]的臨床研究發現，運用自體牙本質進行引導骨再生術后的3～6 個月，牙本質顆粒逐漸吸收，并被46%～87%的新生骨所替代，實現了優異的骨重塑。

在牙周骨缺損修復方面，孫娟斌等[29]將垂直型牙周骨缺損患者分為2 組，一組采用自體牙本質顆粒，另一組采用Bio?oss 骨粉，2 組材料分別植入骨缺損區并覆蓋膠原膜，術后3、6、12 個月回訪，結果發現：兩者骨缺損修復效果明顯，牙周袋深度和附著喪失顯著減少，但兩者臨床效果無明顯差異。該研究證實了自體脫鈣牙本質基質與自體骨有很高的相似性，可以促進新骨的生成而不產生免疫排斥反應，是比較接近自體骨的優質骨移植材料。

在上頜竇提升術方面，Pohl等[30]將6 名上頜后牙區骨量不足的患者用上頜第三磨牙制作的牙本質顆粒用于上頜竇內提升術，3 個月后延期種植，并用套筒鉆取種植位點的骨進行組織學觀察，結果發現牙本質被部分新生骨包裹，牙本質顆粒有部分吸收，并且見許多新生血管生成；5 年后隨訪，種植體保持穩定，探診無出血，種植體周圍齦袋深度在1.86～2.07 mm。該研究結果提示：這種材料可作為上頜竇提升術中優異的骨移植材料，為患者節省費用，長期效果良好。崔婷婷等[31]將未脫礦的第三磨牙常規處理后在骨磨中粉碎成直徑 為0.5～1.0 mm 的 顆 粒，經 過Bonmaker 機 器（KDS 公司，韓國）A、B、C 液處理20 min，上頜竇外提升植入竇底高度為4 mm 的上頜磨牙區，1年后隨訪發現舊竇底骨皮質被新竇底取代，新骨生成并完成骨改建。

3.2 異體顆粒狀牙本質的應用

為了解決自體牙本質數量上的不足，近年來提出了家族性牙移植材料，它具有很多優點，用家族成員的牙齒作為移植物，基因組成相似，可以把感染和排斥反應的影響降到最低，有報道顯示，在父母、兄弟、姐妹、子女間進行同種異體移植物治療，若組織相容性抗原一致，則特異性抗原免疫反應會延遲或降低。Lee等[32]將患者兒子的第三磨牙制成的牙塊移植物用于上頜竇提升術，取得了良好的初期穩定性和骨結合。Kim等[33]將5名兒童的正畸牙齒用于他們父母、兄弟、姐妹的植骨術中，均得到了良好的修復效果，并未發生排異反應。這些研究均提示，家族性牙移植材料具有一定的臨床使用價值，但其效果和可行性需行進一步研究。

4 非顆粒狀牙本質的應用

4.1 牙片屏障即刻種植術（socket shield technique，SST）

運用片狀的牙本質可以很好地維持前牙的輪廓，因為上頜前牙唇側骨板菲薄，前牙拔除后如果任由拔牙窩自行愈合，往往會發生唇側骨板的塌陷。有報道[34]顯示，上頜前牙唇側骨壁基本由束狀骨構成，90%唇側骨板的厚度＜1 mm，50%以上位點的厚度＜0.5 mm。Schropp等[35]證實，上頜前牙拔除后會引起牙槽骨的吸收和改建，牙槽骨寬度在1年內會喪失50%，這對前牙區美學修復造成嚴重威脅。

2010 年，Hürzeler等[36]報道了SST，手術操作步驟為：首先將臨床牙冠去除至平齊唇側牙齦緣，然后偏腭側預備種植窩洞，拔除多余的牙片并仔細搔刮根尖病變，修整唇側的牙片使之位于牙槽嵴頂上1 mm，厚度為1～2 mm，長度為6～8 mm，最后植入種植體，種植體平臺與唇側牙片高度一致，旋入愈合基臺固定唇側牙片。Hürzeler等[36]在動物實驗中觀測到唇側骨板通過牙周膜與牙片相連，牙槽嵴頂沒有破骨細胞形成，甚至有新生的編織骨形成，種植體與牙片之間有新骨形成并發生骨結合，并不是與牙片直接相連，在一些區域觀察到新生牙骨質沉積在種植體表面，同時在部分區域可見到非晶體礦化組織和結締組織。這種技術無需額外的骨移植材料，操作微創，為軟硬組織再生提供了空間維持的支架作用，使唇側外形得到有效維持，臨床應用前景廣闊。B?umer等[37]對10例上頜第一前磨牙進行SST，進行5年隨訪觀察發現唇側輪廓變化程度較低，齦緣退縮程度與鄰牙相當，有效地保留了面部組織輪廓。在Gluckman等[38]的研究中對128例行SST的患者進行4 年隨訪，結果發現，植入物修復后存活率為96.1%，聯合并發癥發生率19.5%（25/128），5 枚種植體因未成骨而移除，其余20 枚種植體在進行處理后存活。

4.2 未脫礦自體牙根作為骨移植材料

研究者在動物實驗和臨床研究中發現了未脫礦的塊狀牙根與自體骨有很高的相似性。Schwarz等[39]將8只獵狐犬雙側下頜前磨牙和磨牙拔除，在距嵴頂5 mm 處制備3 個標準化的骨缺損模型，每只犬有6 個缺損區，將拔除的每顆牙齒去除牙冠、牙骨質，并將根分為兩半，用鈦釘固定牙根，每個缺損區固定1 個牙根，快機修整過銳部分，一期關閉創口，12 周后進行觀察，見牙根與宿主骨周圍界限不清，融合為一體，組織學觀察可見，鈦釘與牙根之間的牙本質逐漸吸收并被新生骨替代，拔除的牙根顯示了結構力學和生物學潛力，可作為替代自體骨的自體移植物。Schwarz等[40]還進行了一項臨床研究，將30 名患者分別用自體牙根和下頜骨外斜線處自體骨進行水平骨增量，26周后測量牙槽骨寬度，牙根組平均為10.06 mm，自體骨組平均為9.2 mm，兩組間差異無統計學意義。

4.3 脫礦自體牙根作為骨移植材料

自體脫礦的牙根也可用于種植植骨術，它是一種與牙槽骨有著相同的組成和幾何結構的三維支架。Kim等[41]將人自體牙根在表面打孔（直徑為0.2 mm），隨后將自體牙根在專用機器中進行完全脫礦但保留牙根形態，根據手術中植骨部位修整成適宜的形態，同期植入種植體周圍骨缺損中，并未放置固位釘和膜；44 個月后進行隨訪，結果發現植骨區形態和體積基本保持不變，種植體邊緣骨吸收很少；組織學觀測分析，自體脫礦牙根具有骨誘導和骨傳導性。

5 牙本質與其他再生材料的混合應用

在目前的研究中，為了加快骨生成，常將牙本質和其他再生材料聯合應用，常用的有富血小板纖維蛋白等生長因子。富血小板纖維蛋白是富含血小板和白細胞的生物材料，富含多種生長因子，可以促進血管生成和成骨細胞的增殖，還可以抗感染和降低局部免疫反應，促進軟硬組織的再生。將膠凍狀的富血小板纖維輕輕擠壓后與牙本質顆粒混合可以顯著提高成骨效率。靳夏瑩等[42]將自體牙本質顆粒與富血小板纖維蛋白聯合應用于上頜竇外提升術中，Bio?oss 骨粉組作為對照組，結果發現2 組均成骨效果良好，沒有明顯差異。一些學者[43?44]也先后把經煅燒處理的牙本質和富血小板纖維蛋白聯合應用于兔顱骨缺損中，均驗證了其良好的生物相容性和骨傳導性，有效地促進了骨再生。

6 展望與不足

牙本質的骨再生效果良好，但是在修復骨缺損時是否應該蓋膜問題上還有明顯的欠缺，引導骨再生術通常會在移植物表面覆蓋一層膠原膜或鈦膜，防止軟組織長入骨缺損區并競爭性抑制骨細胞的生長，還可以在缺損區域形成一個良好的三維支架，隔絕外界刺激。但是是否應該蓋膜，覆蓋可吸收膠原膜還是不可吸收鈦膜，臨床上常引發爭議。對于使用牙本質作為骨移植材料是否應該蓋膜的問題長期以來并未深入研究，2013 年有學者[45]將種植手術同期需要進行骨引導再生術的患者分為2 組，共20 例患者30 枚種植體，2 組都使用自體牙骨移植材料，一組覆蓋可吸收膠原膜，另一組不蓋膜，2組在術前、術后對比牙槽骨高度變化、新骨生成量、骨吸收量和術后并發癥方面差異沒有統計學意義；因此得出結論：使用自體牙本質作為骨移植材料，蓋膜和不蓋膜效果相同。但有學者[46]不認同這個觀點，他們認為膜的使用在引導骨再生術中是有利的，可以實現缺損區的機械穩定性并可以防止移植材料的微動，這對骨再生非常重要。關于牙本質使用過程中是否蓋膜的問題，目前研究還不明確，需要進一步深入研究。

自體牙本質骨移植材料是在2008 年應用于美國、日本、韓國等國家，臨床骨再生效果良好，在我國僅在部分地區應用，并未大規模推廣，原因有以下幾點。1）我國并沒有像韓國那樣設立牙齒銀行，牙齒的儲藏有一定的要求，將拔除的牙齒放入冰箱中凍存，通過特定的自體牙骨移植材料制備系統將其粉碎，然后經過脫脂、脫水、部分脫礦、凍干、環氧乙烷滅菌后運送至醫院使用，這種成品的牙本質可以在室溫中儲存5 年以上[47]。有學者[48]預計成品的牙本質在液氮中可以保存10年以上。2）在臨床診療過程中，大部分的患者沒有把拔除牙齒保留下來的意識，這些牙齒拔除后就成為了醫療廢物，這就寄希望于未來口腔醫生的宣教，讓保存拔除牙齒成為常規。3）經過不同處理方法，如不同直徑、不同脫礦程度的牙本質，成骨效果不同，臨床操作指南中并未出現有關牙本質作為骨移植材料的操作方法，未來推廣這項技術的任務將任重而道遠。

綜上所述，牙本質不僅具有良好的生物相容性，且具備骨傳導和骨誘導作用，使廢棄的牙齒得到了有效的再次利用，動物實驗和臨床研究均證實了其良好的骨再生效果，是一種用途廣泛的骨移植材料，未來研究的熱點在于臨床上改進牙本質處理工藝，如縮短操作時間和簡化制作過程，規范化地處理牙本質來進一步提高利用率及成骨效果。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。