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口腔种植领域中自体牙骨移植材料的应用研究

2020-08-20 561 上传者：管理员

摘要：牙缺失后伴随牙槽骨的缺损或过度萎缩,不仅会引起形态、功能障碍,还会给以生物学为导向的口腔种植手术带来困难。性能优良的骨移植材料,可以为骨缺损修复提供必要的保证,为口腔种植治疗提供更好的术前条件。自体牙骨移植材料的问世,为植骨材料的选择提供了新思路。

关键词：
临床应用
口腔种植
成骨机制
自体牙
骨移植材料
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理想的植骨材料应具有骨生成性、骨传导性、骨诱导性、生物相容性和可吸收性等特性。自体骨被认为是骨移植的“金标准”,但常受口内供骨量的限制;若从远处取骨,需开辟第二术区,所取得的骨块在形态及大小上常不能满足需求。自体牙骨移植材料,可在椅旁加工处理,与骨组织成分相似,不存在免疫排斥反应,具有成骨潜能。本文将对自体牙骨移植材料的成骨机制、特性及临床应用进行探讨。

1、自体牙骨移植材料的发展

Urist[1]最先提出牙本质具有骨诱导性,能通过软骨内成骨使结缔组织转化为骨组织。1967年,Yeomans等[2]从脱矿牙本质基质(demineralized dentin matrix,DDM)中提取出骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs),证实DDM具有骨传导及骨诱导作用;之后Catanzaro-Guimaraes等[3]提出DDM可作为一种骨移植材料。自体牙骨移植材料(autogenous tooth bone graft material,ATB)是在DDM基础上进行加工改进,将牙表面的软组织和杂质去除,敲碎后经煅烧、煮沸、脱矿或者冷冻等方法提高成骨活性,消除感染和免疫排斥的风险[4]。但早期由于其制备过程复杂、消毒不彻底、颗粒不均一等问题,在一定程度上限制了其广泛应用。智能牙本质研磨机,简化了操作流程,制成的材料脱矿彻底、粒径均一且无菌无杂质存留,让使用拔除的自体牙修复骨缺损成为可能[5]。

2、牙骨移植材料的基础研究

牙与颌骨在发育上来源相同,两者的化学组成比例也非常相似[6]。牙体组织中的无机物能为骨形成提供支架[7]。相对于釉质部分高晶相、高Ca/P的羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)结构,根部HA更接近于骨组织。Priya等[8]认为,低晶相的HA具有良好的骨传导性和生物降解能力,可为骨再生更好地提供钙和磷。研究发现,釉质因其高度矿化的磷酸钙晶体不易被破骨细胞分解,延迟骨髓间充质干细胞在材料表面的迁移、粘附和分化,抑制骨重建进程。因此,釉质的骨传导能力不如牙本质[9]。

牙本质中约90%的有机物为Ⅰ型胶原,起到支架作用的同时,也是各种生长因子的优良载体。剩余约10%的有机成分为非胶原蛋白(non-collagenous proteins,NCPs)。其中,牙本质磷蛋白(dentin phosphoprotein,DPP)与骨组织中的骨涎蛋白一样,均为酸性磷蛋白,能促进HA晶体成核、矿化[10];DPP在BMP-2的信号转导中还起到辅助激活因子作用[11]。其他磷蛋白,如牙本质基质蛋白、骨桥蛋白、骨钙素等,也参与成骨过程。各种生长因子,如BMPs、转化生长因子-β(TGF-β)等都存在于牙本质的非磷酸化蛋白组分中。BMPs的主要作用是刺激骨髓未分化的间充质干细胞分化、成骨。但将BMPs直接植入活体会立即降解,并不能表现出骨诱导作用,须以HA或者胶原作为载体[12]。部分学者认为NCPs只有在脱矿后才能提取[13]。脱矿后牙本质基质仍能保持原有的支架结构,牙本质小管裸露,胶原纤维束变松散,从而提供了释放蛋白质和生长因子的通道,其多孔结构利于成骨细胞附着[14]。此外,脱矿的牙本质可以刺激血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表达,在骨修复过程中VEGF对成骨细胞和内皮细胞之间的通讯起重要作用[15]。

综上,ATB在发挥骨传导作用的同时,与各种生长因子、磷蛋白协同作用,构成了优良的成骨微环境[16]。

3、自体牙骨移植材料的制作与储存

自体牙在拔除后,首先需去除修复体、充填物、牙菌斑、腐烂变色的牙本质和牙周膜,之后进行脱水、脱脂、脱矿、冻干、环氧乙烷灭菌后以供临床使用[17]。自体牙骨移植材料可加工成颗粒状或块状,块状可直接用于较大的骨缺损,如牙槽嵴水平和/或垂直骨增量和拔牙窝的骨重建。

拔除后的正畸牙或阻生齿,常不需要立即制成骨粉应用,这种情况下患者可以将牙齿贮存在“牙齿银行”中常规冻存[18],或储存在特殊的保存液中,以备日后使用。

4、临床应用

自体牙骨移植材料在种植领域的骨增量术式中有着广泛应用。Kim等[6]于2010年将自体牙骨移植材料首次以引导骨再生术的方式用于缺牙后牙槽嵴的重建修复。平均随访5年后,功能性负荷状态下种植体周围骨水平稳定,符合种植成功标准[19]。Pang等[20]首次比较了ATB与Bio-Oss®(Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Switzerland)在修复拔牙后骨缺损方面的效果,认为该材料在垂直向骨增量效果与Bio-Oss®相当,组织反应较小;两组均表现出良好的组织愈合、可靠的种植体稳定性和组织学上的骨生成。

Jun等[21]比较了ATB和Bio-Oss®在经侧壁开窗上颌窦外提升术中的临床疗效。两组的术后骨高度有较大幅度的增加,且窦底黏膜厚度均维持在正常范围。窦底黏膜厚度随时间保持稳定,可能是植骨材料生物相容性的证据。临床实践中,经侧方入路的上颌窦底外提升技术往往需要量较多的植骨材料,但自体牙用量有限。为解决这个问题,有学者使用块状ATB联合富血小板血浆(platelet-rich plasma,PRP)在上颌窦外提升同期植入种植体,并与PRP联合骨粉做比较[22]。完成上部修复2年后随访,两组在新骨生成方面比较差异无统计学意义;但自体牙骨块组的剩余移植材料比例(22.21±21.19)%小于对照组(31.18±22.09)%,差异具有统计学意义。

另外需注意,上颌窦腔不是天然的成骨区域,缓慢吸收的生物材料可能更适合于上颌窦底提升,以便在较长时间内维持种植体周围植骨区的稳定性,增加再生的骨组织密度,防止上颌窦气化作用再扩张。高晶相的HA不易被破骨细胞分解,自体牙骨移植材料中混有釉质内高晶相的磷酸钙,可在延缓材料吸收的同时,联合牙本质发挥成骨效应。

ATB与富血小板纤维蛋白(platelet-rich fibrin,PRF)联用,在临床上显示出满意的效果[23]。PRF是第二代血小板浓缩物,其纤维蛋白网络内,富含干细胞和多种促进愈合、加速成骨的生长因子[24]。将PRF与ATB联合应用,材料表面不需要覆盖屏障膜,简化操作;两者混合后还可确保材料的机械稳定性[25]。Kizildag等[26]评估了ATB与PRF联用后的成骨效果,发现实验组的成骨量和骨密度均显著高于其他组;且免疫组化分析结果显示实验组BMP-2水平明显高于其他组。PRF应用于上颌窦提升,能够保护窦底黏膜,加速成骨;还可用于封闭上颌窦侧壁骨窗,其疗效与胶原膜无统计学差异。

在修复骨缺损时,术中组织渗漏、冲洗和吸引等,理论上会导致三维支架内的蛋白质消散[27]。脱矿时过多的酸暴露也可能减少BMPs表达,降低成骨效力[28]。随着组织工程技术的日益发展,利用重组人骨形态发生蛋白(recombinant human bone morphogenetic protein,rhBMP-2)与人DDM相结合,提高牙骨移植材料的成骨效果,为临床实践提供了新思路。目前,针对rhBMP-2载体的DDM已经进行了多项试验[29]。DDM作为BMPs载体的优点是具有骨传导性和较强的骨诱导性,牙本质小管的纳米级孔径提供了较高的表面积与体积比,减少蛋白质扩散,利于骨祖细胞的募集和分化[30]。

Schwarz等[31]在实验犬的研究中发现,自体牙根可直接参与骨重建,能与种植体成功发生骨结合,并于2016年首次将其应用于临床。针对仅存在水平向骨量不足的病例,将自体牙截冠后磨除牙骨质,暴露牙本质,修整外形后钛钉固定,类似于Onlay植骨。在标准化的动物模型中已证实,不同状况的自体牙,包括未去髓自体牙、去髓自体牙以及牙周病患牙,都能发生替代性吸收和骨再生[32]。Schwarz等[33]评估了自体牙根移植对缺损的牙槽嵴进行骨增量和分期种植的可行性,平均26周后植入植体。软组织愈合正常,所有植入部位都不需二次骨扩增。临床观察和影像学评估显示骨重塑均匀,结合牢固,材料与自体骨界限混浊不清,种植体植入后能获得可靠的初期稳定性。另一项关于自体牙根移植的研究中,4例患者将牙根直接固定在缺损区,13例患者采用颗粒状自体牙骨粉,6个月后所有部位均正常愈合,植骨区符合种植条件;2年的随访期影像学结果显示种植体周围骨水平稳定[34]。现阶段该技术可能出现的并发症包括受区自体牙暴露、感染或不愈合以及受植区形态不理想。通过仔细选择牙龈生物型,拔牙时尽可能保存软组织,可有效防止移植物外露;对拔除的牙根表面进行适当的机械处理和消毒(如环氧乙烷),可最大限度地减少感染;此外,磨除接触界面的牙骨质,牙根与受区骨床的紧密接触,钛钉的稳定固定,都将促进自体牙根的替代重建[35];联合应用DDM可改善受植区的骨塑形。

针对自体牙量不足,主要解决思路是同其他植骨材料联合应用[36]。而同种异体DDM,理论上不失为一种替代方案。一些研究已将同种异体DDM用于口腔外科的骨重建和骨缺损,尽管这种类型的移植物仍具有一定的抗原潜力,成功率依旧很高。Bakhshalian等[4]认为,同种异体DDM能够显著增加骨量并改善骨质,且不会引起炎症反应或感染。在雌性新西兰大白兔颅骨上用同种异体DDM修复外科骨缺损。实验组的成骨效果显著高于对照组;且白细胞计数低于对照组,提示同种异体DDM引起的炎症或感染较少。Reis-Filho等[15]认为,移植在大鼠体内的同种异体DDM具有生物相容性,组织学结果显示移植的颗粒掺入到新形成的骨组织内,骨修复区域只存在相对较轻的炎症细胞浸润,宿主免疫反应可忽略不计。

5、展望

自体牙骨移植材料具有骨传导性、骨诱导性、生物相容性和易获得性的特点,制备简单,存储方便,同时降低治疗费用,具有良好的临床应用前景。但现有研究在设计和材料的处理方式上具有高度异质性,样本量较少,随访期较短,远期效果未知,需要更多高质量的随机对照试验。临床上不适于较大骨缺损,或患者无可用自体牙等情况。因此针对同种异体或异种牙骨移植材料的有效性和安全性有待进一步证实。未来用于骨再生的DDM干细胞载体或将成为新的趋势。

参考文献：

[5]刘一秀,李真华,龚靖淋,等.自体牙骨粉应用于口腔颌面骨缺损的研究[J].临床口腔医学杂志,2018,34(6):375-377.

[7]申丁,仲维剑.牙本质作为骨移植材料的应用研究进展[J].口腔医学研究,2016,32(6):656-658.

[17]崔婷婷,寇霓,仲维剑,等.自体牙本质颗粒作为骨移植材料在上颌中切牙种植治疗中的应用[J].实用口腔医学杂志,2019,35(6):898-901.

[18]常新.自体牙骨粉骨移植材料在临床中的应用[J].大连医科大学学报,2019,41(1):1-6.

[23]靳夏莹,寇霓,仲维剑,等.将自体牙制成骨移植材料用于上颌窦外提升中的临床观察[J].中国口腔种植学杂志,2017,22(4):174-177.

马国武,贾崇智.自体牙骨移植材料在口腔种植领域中的应用[J].口腔医学研究,2020,36(08):709-712.