PLGA牙周引导组织再生膜的仿生矿化研究

牙本质仿生再矿化的研究进展

摘要：保护牙本质界面不受水解和酶降解的影响，对粘接修复体的寿命至关重要。近年来，以诱导磷灰石在胶原纤维间和纤维内沉淀，仿生类似物相关研究用于混合层再矿化。再矿化策略取决于剩余的矿物质含量。在部分脱矿的牙本质中，残留的磷灰石微晶充当钙和磷离子沉淀和晶体生长的成核位点（“自上而下”再矿化）。在没有微晶的完全脱矿牙本质（如酸蚀牙本质）中，有必要使用非胶原蛋白类似物辅助的矿物纳米前体（“自下而上”再矿化）。

龋病是人类的常见病、多发病之一，在各种疾病的发病率中，龋病位居前列。其病理机制为无机成分脱矿、有机成分破坏分解的不断进行，釉质和牙本质崩解，最终发生牙体缺损，形成龋洞。龋洞一旦形成，则缺乏自身修复能力。目前修复龋齿主要是采用树脂类材料修补缺损，临床上多通过以树脂牙本质粘接为基础的牙色复合树脂材料对龋坏所形成的龋洞进行充填。其粘接机制是首先用酸蚀剂或酸性树脂单体酸蚀粘接面，使胶原纤维脱矿，进而粘接剂进入裸露的胶原纤维内并与之交联形成混合层。然而，牙本质一旦酸蚀脱矿后，胶原纤维将因失去矿物质的支持而塌陷。树脂粘接剂难以完全渗透、包裹脱矿的胶原纤维，使得未被包裹的胶原纤维裸露在粘接界面，形成与龋坏牙本质类似的脱矿结构。因此，我们急需解决的问题就是如何使脱矿的牙本质再次矿化，恢复混合层中裸露胶原纤维的硬度，使其接近于天然矿化的牙本质，这对龋病预防，和提高粘接界面的稳定性具有重要意义。

1龋病牙本质的再矿化

龋病是由脱矿和再矿化之间的不平衡引起的一个动态过程。龋齿牙本质可分为外龋感染牙本质和内龋影响牙本质。受龋齿影响的牙本质的矿物分布差异很大，病变深度可延伸至表面以下数百微米[1]。现代龋齿管理基于保守和预防方法[2]。这种微创理念避免了不必要的牙齿牺牲，并将龋齿影响的牙本质作为临床粘结基质。据报道，牙本质粘接剂与受龋齿影响的牙本质基质之间的粘结强度显著低于与非龋齿牙本质之间的粘结强度[3]。这归因于耐酸矿物晶体对牙本质小管的闭塞，使用粘接剂后暴露的胶原层变厚，龋齿影响的牙本质硬度降低，含水量增加[4]。与变性的龋齿感染牙本质不同，龋齿感染牙本质的胶原基质在结构和生物化学上与健康牙本质中的胶原基质没有区别，并且在生理上是可再矿化的[5]。

《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research

文章编号:2095-4344(2020)10-01515-06

1515 ·研究原著·

尹颖，女，1994 年生，汉族，湖南省益阳市人，中南大学湘雅口腔医(学)院在读硕士，主要从事口腔硬组织修复材料研究工作。 通讯作者：李毅萍，副主任医师，中南大学湘雅口腔医学院修复科，湖南省长沙市 410078 文献标识码:A 投稿日期：2019-03-14 送审日期：2019-03-23 采用日期：2019-05-24 在线日期：2019-11-13 Yin Ying, Master candidate, Department of Prosthodontics, Xiangya School of Stomatology, Central South University, Changsha 410078, Hunan Province, China; Department of Dental Materials, Peking University Hospital of Stomatology, Beijing 100081, China Corresponding author: Li Yiping, Associate chief physician, Department of Prosthodontics, Xiangya School of Stomatology, Central South University, Changsha 410078, Hunan Province, China 两种引导组织再生膜骨修复效果的比较 尹 颖1，2，王家齐1，戴小寒1，李毅萍1，张学慧2，3(1中南大学湘雅口腔医学院修复科，湖南省长沙市 410078；北京大学口腔医学院，2口腔材料研究室，3口腔医疗器械检验中心，北京市 100081) DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2235 ORCID: 0000-0002-6993-5627(尹颖) 文章快速阅读： 文题释义： 压电效应：指晶体材料受到压力作用时会在两端面间出现电压。1880年，法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上后晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力呈比例。 压电常数：是压电体将机械能与电能相互转变的转换系数，主要反映了压电材料弹性(机械)性能与介电性能之间的耦合关系。 摘要 背景：课题组前期研究证实，含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可明显促进骨髓间充质干细胞的黏附、生长、成骨分化及骨缺损修复，然而针对临床应用，该材料作为引导组织再生膜与现有临床上不可降解膜产品的骨修复效果有何差异尚不清楚。 目的：对比考察钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜材料与商用聚四氟乙烯膜修复大鼠颅骨临界尺寸缺损的效果。 方法：采用溶液浇铸法制备出含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜，经过电晕极化处理后使其表面带电。通过扫描电镜、原子力显微镜和水接触角测量仪检测钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜与聚四氟乙烯膜的表面形貌、表面粗糙度及表面亲疏水性。在SD大鼠(购自北京大学口腔医学院实验动物中心)颅骨矢状缝两侧制作直径为5 mm的全厚骨缺损，左侧覆盖聚四氟乙烯膜(对照组)，右侧覆盖钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜(实验组)，术后4，12周，利用Micro-CT和组织学方法评价材料覆盖大鼠颅骨缺损的骨修复情况。实验已经通过北京大学口腔医学院实验动物伦理委员会讨论批准。 结果与结论：①钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜表面平整致密，钛酸钡纳米颗粒均匀分布在基体内；聚四氟乙烯膜由疏松的粗大纤维组成；钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜的表面粗糙度低于聚四氟乙烯膜(P < 0.001)，亲水性优于聚四氟乙烯膜(P < 0.001)；②Micro-CT和组织学检测显示，术后4周时，两组缺损处均有新骨生成，但实验组缺损中央有明显的新骨生成；术后12周时，两组缺损均已愈合，但实验组新骨成熟程度高于对照组；③结果表明，钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可能作为引导组织再生膜。 关键词： 仿生电活性；引导组织再生膜；压电聚合物；植入材料；生物材料；压电常数；骨再生；骨修复；临界尺寸 中图分类号：R459.9；R-332；R318.08 基金资助： 湖南省卫生计生委科研计划课题(C2017009)，项目负责人：李毅萍 文章特点— (1)课题组前期研究证实，含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可明显促进骨髓间充质干细胞的黏附、生长、成骨分化及骨缺损修复，然而针对临床应用，该材料作为引导组织再生膜与现有临床上不可降解膜产品的骨修复效果有何差异尚不清楚； (2)实验评价了钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电复合膜与临床常用聚四氟乙烯膜修复临界尺寸骨缺损效果的差异，旨在进一步验证和稳定仿生电位纳米复合膜材料作为引导组织再生膜的可行性和有效性。 制备含体积分数5%钛酸钡纳米颗粒的钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜 表征： (1)表面形貌； (2)表面粗糙度； (3)表面亲疏水性。 聚四氟乙烯膜 SD大鼠颅骨缺损处植入 术后4，12周： Micro-CT和组织学方法评价材料覆盖大鼠颅骨缺损的骨修复情况。 结论： (1)与聚四氟乙烯膜相比，电活性纳米复合膜组的新骨成熟程度更高； (2)钛酸钡/聚偏氟乙烯三氟乙烯压电纳米复合膜可能作为引导组织再生膜。 尹颖，王家齐，戴小寒，李毅萍，张学慧. 两种引导组织再生膜骨修复效果的比较[J]. 中国组织工程研究，2020，24(10):1515-1520. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2235

通过自生长方式实现壳聚糖—胶原聚合物引导的牙体硬组织仿生再矿化

目的 以改良的壳聚糖、胶原等生物大分子作为矿化模板，引导釉质实现类似自生长的再矿化。方法 通过对天然聚阳离子多糖——壳聚糖进行磷酸化本体改性，生成其聚阴离子衍生物磷酸化壳聚糖；以京尼平为交联剂将磷酸化壳聚糖与聚阳离子的Ⅰ型胶原交联改性，构建双性聚电解质复合物水凝胶作为生物矿化的大分子模板，以紫外光辐射激发其在惰性牙体表面的化学组装，仿生唾液提供矿化离子，调控磷灰石晶体在牙体原位的形成与组装，生成羟磷灰石。结果 红外光谱检测证实，PO43?官能团（3 446 cm-1）成功引入壳聚糖，扫描电子显微镜下双性聚电解质复合物水凝胶呈现多孔并存，孔孔交通的级联结构。水凝胶原位接枝能够生成白色晶体，X射线衍射证实新生的晶体为羟磷灰石，该沉积层与原有釉质同质结合，类似釉柱平行排列；新生晶体直径30～60 nm，硬度接近牙本质。结论 取材容易、操作便利的双性聚离子凝胶能够在一定程度上模仿釉质矿化模板，实现羟磷灰石的自生长，这对釉质结构仿生的发展有重要意义。

标签： 羟磷灰石； 釉质； 壳聚糖； 聚合物

Chitosan-collagen polymer induced remineralization of tooth hard tissue through

self-growing methods Ren Xun1， Yao Jing2， Du Qin1， Liao Chuhang1， Tian

Kun1. （1. Dept. of Stomatology， Sichuan Medical Science Academy and Sichuan

Provincial People’s Hosptial， Chengdu 610072， China； 2. School of Dentistry，

Zunyi Medical College， Zunyi 563003， China）

牙本质仿生再矿化

摘要：脱矿牙本质的再矿化对于提高牙本质粘结稳定性和控制原发性或继发性龋病具有重要意义。然而，传统的牙本质再矿化策略不适用于通过酸蚀和冲洗以及自酸蚀粘接剂系统形成的混合层内的完全脱矿牙本质再矿化。仿生再矿化是解决这个问题的一种不同方法，它试图用液体状无定形磷酸钙纳米前体颗粒回填脱矿牙本质胶原，这些颗粒由非胶原蛋白的仿生类似物稳定。

牙齿是人体中矿化程度最高的组织。在个体的整个生命过程中，牙齿中的脱矿和再矿化过程共存。在病理条件下，脱矿超过再矿化[1]。产酸细菌发酵膳食碳水化合物会产酸，使牙釉质和牙本质脱矿。随着龋病进展到牙本质，内源性结合的基质金属蛋白酶和半胱氨酸组织蛋白酶的激活将导致胶原纤维的降解和牙本质力学性能的降低[2]。龋齿的预防和治疗是一项重大挑战。树脂-牙本质粘结是牙本质脱矿的另一个主要原因。树脂-牙本质键的形成主要是通过树脂渗透和暴露的胶原纤维缠绕在部分或完全脱矿的牙本质中的微机械保持来完成的。这是通过使用自酸蚀底漆/粘接剂衍生的酸或酸性树脂单体蚀刻牙本质来实现的，以暴露胶原纤维。迄今为止，树脂单体不可能完全置换脱矿胶原基质的纤维，尤其是纤维内隔室中的水，并完全渗透胶原网络。这必然导致粘结界面上出现矿物贫乏、树脂稀疏、富水的胶原纤维[3]。在酶、温度和功能应力的共同作用下，牙本质混合层内树脂不完全渗透的区域容易降解，导致界面完整性受损、粘结强度降低，最终导致树脂-牙本质粘结失效。因此，脱矿牙本质的再矿化对于控制牙本质龋齿以及改善牙本质粘结稳定性具有重要意义。

不同的策略用于脱矿牙本质的再矿化。例如，氟化物、无定形磷酸钙（ACP）释放树脂或含有生物活性玻璃的树脂基粘合剂已被用于提高粘结修复体对继发性龋齿的抵抗力[4]，然而，这些研究大多集中在部分脱矿龋齿牙本质的再矿化，这是基于钙和磷离子在现有磷灰石晶种晶体上的外延沉积。使用这些传统的基于离子的策略，在没有籽晶的地方不会发生再矿化[5]。因此，经典的基于离子的结晶概念可能不适用于混合层内完全脱矿牙本质的再矿化[6]。仿生再矿化是解决这个问题的一种不同方法，它试图用液态的ACP纳米前体颗粒回填脱矿牙本质胶原，这些前体颗粒由非胶原蛋白的仿生类似物稳定[7]。这是通过采用最近发现的非经典颗粒结晶概念来实现的。原胶原纤维的纤维内矿化不仅显著增加其机械性能，而且还保护胶原分子免受外部挑战，如温度、内源性酶、细菌酸和其他化学因素。使用这种仿生再矿化策略，酸蚀，冲洗粘接剂产生的混合层以及250–300µm厚的完全脱矿牙本质损伤都可以再矿化[8]。这种自下而上的再矿化策略不依赖于种子微晶，通过恢复混合层中剥落胶原的动态力学性能，使其接近矿化牙本质[9]，延长树脂-牙本质键的寿命。本文综述了磷酸钙再矿化概念的变化以及仿生牙本质再矿化策略的临床应用进展。