骨替代材料在口腔種植領(lǐng)域中的成骨效果觀察
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[摘要]骨替代材料目前已成為拔牙位點保存術(shù)、牙槽嵴骨增量術(shù)和上頜竇底提升術(shù)的主要材料，而羥磷灰石、磷酸鈣和生物活性玻璃以其良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性、生物降解性、骨再生能力和骨結(jié)合率成為骨替代材料的代表。單一成分骨替代材料的誘導(dǎo)骨再生能力取決于材料本身的表面形貌、結(jié)構(gòu)、成分、孔徑和孔隙率。按不同比例復(fù)合的新型骨替代材料，可使原單一骨替代材料的性能得以互補。骨替代材料與血小板濃縮物的聯(lián)合應(yīng)用，可促進(jìn)前成骨細(xì)胞的增殖與分化，激發(fā)成骨細(xì)胞的活動，促進(jìn)血管新生，從而利于骨替代材料存活。骨替代材料與生長因子的聯(lián)合應(yīng)用，可獲得不同程度骨結(jié)合和骨改建，增加材料的細(xì)胞黏附率，改善支架的力學(xué)性能，在骨愈合早期即能促進(jìn)新骨形成。隨著科技的進(jìn)步，未來骨替代材料的成骨性能日臻完善，在口腔種植領(lǐng)域的應(yīng)用前景將會更加廣闊。
[關(guān)鍵詞]口腔種植；骨替代材料；骨再生；骨結(jié)合
骨移植材料的應(yīng)用范圍包括拔牙位點保存術(shù)、牙槽嵴骨增量術(shù)和上頜竇底提升術(shù)等，常用的骨移植材料有患者自身骨、同種異體骨和異種骨。自身骨以其骨形成、骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)性，被作為骨移植材料的金標(biāo)準(zhǔn)；但其來源不足、供骨區(qū)術(shù)后并發(fā)癥以及同種異體骨和異種骨的免疫排斥風(fēng)險等問題，人們目前著重研發(fā)具有生物活性和安全性的骨替代材料來代替骨移植材料[1-6]。骨替代材料為一類無機合成材料，具有生物相容性、骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性[7-10]。口腔種植領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的是羥磷灰石、磷酸鈣和生物活性玻璃等單一成分的骨替代材料。不同的骨替代材料復(fù)合或與血小板濃縮物和生長因子等聯(lián)合，可提高骨的再生水平[11-32]。本文就口腔種植領(lǐng)域常用的單一成分和復(fù)合成分骨替代材料的成骨效果作一綜述。
1單一成分的骨替代材料的成骨效果
1.1羥磷灰石
羥磷灰石結(jié)構(gòu)與骨組織的礦化成分相似，具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性[33]。珊瑚羥磷灰石（coralhydroxyapatite，CHA）是羥磷灰石家族中的一種特殊類型，其內(nèi)部有互通的多孔狀超微結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的生物活性。Luo等[34]在118例上頜竇底提升術(shù)中應(yīng)用CHA，新骨形成非常迅速，其多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)骨細(xì)胞和血管長入，種植體獲得了理想的骨結(jié)合界面和滿意的臨床效果。Shigeishi等[35]發(fā)現(xiàn)，多孔狀羥磷灰石在上頜竇底提升術(shù)中對前成骨細(xì)胞生長起支架作用，可促進(jìn)新骨形成和骨結(jié)合。Canullo等[7]將羥磷灰石與納米二氧化硅復(fù)合成的納米羥磷灰石硅膠應(yīng)用于上頜竇底提升術(shù)，術(shù)后3個月骨結(jié)合率達(dá)（26.02±5.46）%，證實納米羥磷灰石硅膠在骨形成早期即可促進(jìn)成骨。Wang等[36]在將多孔羥磷灰石支架植入到犬背部肌肉組織中發(fā)現(xiàn)，不同的多孔支架結(jié)構(gòu)會誘導(dǎo)不同程度的異位成骨，多孔結(jié)構(gòu)在支架的骨誘導(dǎo)性和促血管化中起著重要的作用。多孔羥磷灰石、珊瑚羥磷灰石可在無成骨相關(guān)因子的情況下誘導(dǎo)新骨形成。這些磷酸鈣鹽的骨誘導(dǎo)現(xiàn)象歸因于材料的表面形貌、結(jié)構(gòu)、成分、孔徑和孔隙率，這些結(jié)構(gòu)使循環(huán)系統(tǒng)中骨生長因子如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bonemorphogeneticprotein，BMP）和前成骨細(xì)胞易于停留和聚集，賦予其骨誘導(dǎo)性。
1.2磷酸三鈣
磷酸三鈣（tricalciumphosphate，TCP）具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性，是人體硬組織修復(fù)的理想材料[37]。β-TCP的結(jié)構(gòu)與骨基質(zhì)的無機成分相似，骨結(jié)合性能良好，常被用于上頜竇底提升術(shù)。Stiller等[38]在患者雙側(cè)上頜竇底提升術(shù)中應(yīng)用β-TCP顆粒（TCPgranule，TCP-G）和β-TCP油灰（TCPputty，TCP-P）這兩種骨替代材料，后者由透明質(zhì)酸為載體的TCP-G構(gòu)成。結(jié)果顯示，這兩種骨替代材料在術(shù)后6個月仍能活躍地促進(jìn)骨基質(zhì)的合成，皆表現(xiàn)出優(yōu)良的成骨性能和骨結(jié)合，可保證口腔種植體的穩(wěn)定性。Kurkcu等[39]對患者上頜后牙區(qū)行種植修復(fù)，將β-TCP與牛源性羥磷灰石（bovinehydroxyapatite，BHA）用于上頜竇底提升術(shù)；結(jié)果顯示，新骨形成量BHA組為（30.13±3.4）5%，β-TCP組為（21.09±2.86）%。這兩種骨替代材料都具有優(yōu)良的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，而BHA的骨傳導(dǎo)性更強。Davison等[10]證實：對β-TCP的表面形貌加工處理可增加其骨誘導(dǎo)性；具有超微米級和微米級表面結(jié)構(gòu)的兩種β-TCP在體外試驗中均具有成骨能力，提高人間質(zhì)干細(xì)胞成骨相關(guān)因子的分泌水平，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化；具有超微米級表面結(jié)構(gòu)的β-TCP可誘導(dǎo)肌肉內(nèi)異位成骨，而具有微米級表面結(jié)構(gòu)的β-TCP在肌肉組織中不能誘導(dǎo)新骨形成。Chan等[40]在羊肌肉植入試驗中發(fā)現(xiàn)，磷酸鈣鹽骨替代材料具有骨誘導(dǎo)性，而且其孔隙率越高，骨誘導(dǎo)性越強。
1.3生物活性玻璃
目前常用的生物活性玻璃有傳統(tǒng)的硅酸鹽（如生物活性玻璃45s5）、磷酸硅酸鹽和硼酸玻璃。生物活性玻璃較生物活性陶瓷的骨再生能力強，與骨組織結(jié)合的速度較生物活性陶瓷快，其降解產(chǎn)物可刺激前成骨細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞，可促進(jìn)骨組織從種植體骨結(jié)合界面向外生長[3]。Roriz等[11]在犬下頜前磨牙種植窩中分別植入生物活性玻璃陶瓷和生物活性玻璃，組織學(xué)和組織形態(tài)學(xué)顯示，兩者都能保持牙槽嵴高度，提高鈦種植體與骨的結(jié)合，生物活性玻璃的骨結(jié)合率高于生物活性玻璃陶瓷。生物活性玻璃具有骨傳導(dǎo)性，在羊骨缺損模型缺損區(qū)植入多孔生物活性玻璃塊，整個骨缺損區(qū)的骨組織再生速率加快[41]。
2復(fù)合成分的骨替代材料的成骨效果
2.1兩種骨替代材料的復(fù)合應(yīng)用
不同的骨替代材料的生物活性和成骨性能各有差異。不同的骨替代材料按質(zhì)量比復(fù)合的新型骨替代材料，可使原骨替代材料的性能得以互補。雙相磷酸鈣（biphasiccalciumphosphate，BCP）是羥磷灰石與β-TCP按不同質(zhì)量比得到的骨替代材料。羥磷灰石吸收較慢，可作為骨再生的穩(wěn)定支架；β-TCP溶解較快，釋放出的鈣和磷離子能促進(jìn)新骨形成[11]。在上頜竇底提升術(shù)和牙槽嵴高度保持等過程中，BCP可維持種植體穩(wěn)定，促進(jìn)新骨形成，骨傳導(dǎo)性與天然骨相當(dāng)。Kim等[13]在牙槽嵴重建過程中應(yīng)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的羥磷灰石和70%的β-TCP，促進(jìn)了牙槽嵴的骨再生且具有生物安全性；磷酸鈣自身無骨誘導(dǎo)能力，改變其理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)可以得到具有骨誘導(dǎo)性的磷酸鈣；1150℃下燒結(jié)成的ζ(羥磷灰石∶β-TCP）=5∶1的BCP可在無骨組織區(qū)域誘導(dǎo)骨髓間質(zhì)干細(xì)胞異位成骨，有強大的骨誘導(dǎo)性能。在1300℃和1150℃高溫之下燒結(jié)得到的具有微孔結(jié)構(gòu)的BCP1300和BCP1150，均可在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化；在動物體內(nèi)可誘導(dǎo)新骨形成。Song等[17]推測提高BCP中β-TCP的質(zhì)量，可促進(jìn)BCP的骨誘導(dǎo)性。將α-半水硫酸鈣（α-calciumsulfatehemihy-drate，α-CSH）與多孔磷酸鈣（orphouscalciumphosphate，ACP）按ζ(α-CSH∶ACP）=1.5∶1復(fù)合，可將其用于口腔種植外科；ACP的磷酸鈣溶解性最強，硫酸鈣是一種可快速吸收的骨替代材料，故α-CSH-ACP具有生物相容性和可吸收性，在α-CSH中加入ACP增強了α-CSH的成骨能力[20]。Velasquez等[19]在摻入硅酸二鈣（C2Si）的α-TCP應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，C2Si可促進(jìn)細(xì)胞在材料表面的黏附和增殖，提高α-TCP的生物活性和生物相容性，增強種植體的穩(wěn)定性和骨結(jié)合能力。
2.2人工骨替代材料與血小板濃縮物的聯(lián)合應(yīng)用
由于血小板可釋放的血小板衍生生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子，均可促進(jìn)口腔頜面部骨缺損處的骨再生，因此局部使用血小板濃縮物可促進(jìn)前成骨細(xì)胞的增殖與分化，激發(fā)成骨細(xì)胞的活動，促進(jìn)血管新生，從而利于骨替代材料存活[20-21]。目前，常用的血小板濃縮物包括富血小板血漿（platelet-richplasma，PRP）和富血小板纖維蛋白（platelet-richfibrin，PRF）。二者皆來源于患者血液，生物安全性高，可促進(jìn)新骨形成[5,22]。Honda等[23]研制出來的第二代血小板濃縮物——濃縮生長因子（concentratedgrowthfactor，CGF），包含具有骨誘導(dǎo)性的生長因子和骨傳導(dǎo)性的纖維基質(zhì)。PRP、PRF和CGF的作用相似，皆可促進(jìn)新骨形成，提高種植體與周圍的骨結(jié)合[24-25]。PRF膜用于即刻種植手術(shù)可促進(jìn)骨組織改建，增加種植體周圍軟硬組織的穩(wěn)定性[26]。PRP與BCP聯(lián)合的成骨速度較僅用PRP的快，骨形成量明顯較僅有PRP的多；PRP會加速BCP的血管化，促進(jìn)骨組織再生[27]。在引導(dǎo)性骨組織再生術(shù)中，TCP與PRP聯(lián)合應(yīng)用可增加骨礦物沉積率，加速骨組織的愈合[20]。
2.3骨替代材料與生長因子的聯(lián)合應(yīng)用
BMP、胰島素樣生長因子和堿性成纖維細(xì)胞生長因子等均具有骨誘導(dǎo)性和骨修復(fù)能力，在細(xì)胞水平上，這些生長因子具有促進(jìn)間質(zhì)干細(xì)胞、前成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞增殖與分化的潛力[28]，而人重組BMP（recombinanthumanBMP，rhBMP）2是骨形成和骨修復(fù)中最重要的生長因子[29-30]。BMP2聯(lián)合血管內(nèi)皮生長因子可協(xié)同促進(jìn)骨組織愈合[22,31]。BMP2聯(lián)合堿性成纖維細(xì)胞生長因子在體內(nèi)和體外試驗中協(xié)同促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，加速骨組織修復(fù)過程[42-43]。以不同孔徑的BCP為支架，應(yīng)用rhBMP2能夠獲得不同程度骨結(jié)合和骨改建，增加材料的細(xì)胞黏附率，改善支架的力學(xué)性能[30]。以BCP為載體聯(lián)合BMP2的骨替代材料，在骨愈合早期即能促進(jìn)新骨形成，BCP+BMP2組的骨增量明顯高于單用BCP組[32]。rhBMP2可改善CHA骨誘導(dǎo)性，以CHA為載體聯(lián)合rhBMP2進(jìn)行下頜骨缺損重建，rhBMP2+CHA組較CHA組、脫礦凍干骨（demineralizedfreeze-driedboneallograft，DFDBA）組和rhBMP2+DFDBA組表現(xiàn)出更強的骨再生能力[33]。
作者：王曉娜 趙靜輝 儲順禮 周延民 單位：吉林大學(xué)口腔醫(yī)院種植中心