脱矿牙本质基质的性能及临床应用进展

李彧,马宇锋,2，邢盼盼

(1山西医科大学口腔医学院·口腔医院,太原030000;2山西医科大学第二医院)

在牙周、牙体牙髓、口腔颌面外科方向，各种病因造成的骨量缺损，给临床工作及患者的康复带来巨大挑战，因骨缺损而植骨的患者数量多、需求大，研发性能优异的植骨材料及提高供应量，是每个口腔临床研究者和医生迫切需解决的问题。目前常用的植骨材料包括自体骨、同种异体骨、异种骨、人工合成材料，自体骨由于其本身富含多种生长因子具有骨诱导性和支架作用，且不会产生免疫排斥反应，因而被认为是植骨的“金标准”[1]，但因其来源于患者本身，扩大第二术区会再次增加患者的痛苦及手术风险。异种骨是从动物身上通过一系列特殊工艺获得的移植组织，理化性质接近人骨组织，且来源广泛，但本身不具备骨诱导性且不能完全消除疾病传播(牛海绵状脑病)及移植物排斥反应的风险[2]。人工合成材料因其有不同的制作方法，具有不同的理化性质，但其本身非生物性材料并不具有骨诱导作用，且造价成本高昂。作为同种异体骨的脱矿牙本质基质(DDM)经问世以来，由于其出色的结构特点和性能，已成为一种应用广泛的植骨材料。现将DDM的性能及临床应用进展综述如下。

1 DDM的组成与结构

DDM由人类的牙齿制成，如拔除的第三磨牙或因牙周病脱落的牙齿等，将这些牙齿经脱矿、冲洗、冻干、消毒等复杂工艺[3]便制成富含多种生长因子及其载体的复合物[4]。在基本构成方面，牙本质与骨非常相似，它们都是由65%的无机物与35%的有机物和水组成，其内部含有诸多生长因子如骨形态发生蛋白(BMPs)、牙本质基质蛋白、转化生长因子-β、胰岛素样生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等。其中具有单独且最有效促进骨诱导作用的生长因子BMPs，是由Urist[5]于1965年将脱钙骨基质植入鼠股肌内从而异位诱导生成骨组织，在此研究基础上深入分析脱钙骨基质中的成分，发现其中一种具有诱导骨组织生成的特殊物质并将其定义为BMPs。BMPs是一种酸性多肽，对胰蛋白酶及糜蛋白酶敏感,耐核酸酶及胶原酶等大部分蛋白酶，在酸性环境下易存活，当pH>8.5时易失活，除了具有诱导骨与软骨生成外，在诱导骨骼肌、脂肪组织、牙体、毛囊、多能干细胞、肾脏组织等一系列组织器官中均有重要作用[6]。

目前DDM具有粉末和块状两种不同形式，而在临床中主要应用粉末状形式，通过将牙本质粉碎成300～800 μm大小的颗粒制备而成[7]。Kim等[7]通过扫描电镜及ED分析DDM的结构元素观察发现其含有五种不同的生物磷酸钙，包括羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸八钙、无定形磷酸钙和脱水磷酸二钙，这五种磷酸钙相互作用参与诱导骨组织再生和改建。

虽然DDM的制作过程会经过酸蚀脱矿等，但Carvrloh等[8]报道新鲜的牙本质在制作脱矿过程中不会破坏其生物学活性。天然牙本质有许多直径为1.2～2.5 nm的牙本质小管，经脱矿处理会放大牙本质小管松动胶原蛋白基质，成为释放成骨细胞生长因子所必需的蛋白质通道，还会增加材料表面粗糙度，增加血液及其他体液对材料的吸收利用能力。根据国际纯粹与应用化学协会的定义，内部孔径在2～50 nm的材料被称为介孔材料，扫描电镜下观察DDM[7]，发现其属于介孔材料。由于介孔材料的内表面和孔隙适合内部成分与外界物质的交流，是理想载体所应具备的性质。

2 DDM的特殊性能

2.1 骨诱导性 在探究DDM自身骨诱导性的研究中，Bakhshalian等[9]在兔颅骨缺损处采用DDM行引导性骨组织再生术并设立空白对照组，观察到所有时间点植入DDM组所形成的新骨厚度均高于未植入组，且无任何免疫排斥或感染状况出现，DDM组的碱性磷酸酶活性均高于空白对照组，表明其新骨生成率或转换率较高。在非骨组织区域异位成骨效果研究中，杨胜银等[10]在兔双侧脊肌区制作肌袋并植入DDM，通过不同时期切片观察到实验组植入的DDM周围肌组织中的碱性磷酸酶、CD44以及胶原纤维含量相对于对照组明显增多，并在第4周时出现新生骨样基质，第20周观察到新生软骨样基质和明显的矿化区。杨禾丰等[11]将脱矿处理的牙本质基质与骨髓间充质干细胞(BMSCs)培养后，检测结果显示DDM促进BMSCs增殖速率较空白对照组明显升高，且Ⅰ型胶原蛋白、Runt相关转录因子-2表达量亦明显增高，表明DDM促进BMSCs增殖及成骨细胞向分化。Goms等[12]还在人工诱导的糖尿病兔顶骨缺损中植入DDM，发现DDM同样可诱导成骨，在缺损处新生的骨小梁无论是结构还是数量均与非糖尿病兔骨缺损处植入DDM无明显差异，进一步说明DDM优异的骨诱导性能。

2.2 载体支架作用 DDM植入体内后不仅可防止自身所携带的BMPs被体内酶类所代谢，还可在与其他活性因子联用的情况下作为一种良好的屏障和载体而发挥作用。Kim等[13]将DDM浸泡在具有促进细胞分裂、有助于创口愈合的人脱氧核糖核苷酸(PDRN)液体后植入大鼠体内，显微镜下观察到DDM诱导周围间充质细胞分化为成纤维细胞和成骨细胞，并在第4周出现矿化软骨样组织，且PDRN与DDM联合植入体内后并未被体内酶类代谢，这使得PDRN所具有的功能得以最大限度的发挥，加速刺激成纤维细胞及成骨细胞的分裂，较单纯使用DDM加速了矿化组织的形成。侯宗鹏等[14]将DDM作为支架结合富血小板血浆植入大鼠颌骨缺损模型处，发现在相同时间内二者结合物组的新生骨面积大于单纯使用DDM或富血小板血浆组，进一步分析发现当二者结合后骨诱导相对分子质量增多，DDM保证富血小板血浆内各类物质避免在体内代谢，从而持续发挥其作用。Um等[15]通过将DDM联合BMPs对比目前国际使用最广泛的Bio-oss骨粉联合BMPs，将两种结合物质植入同一大鼠体内，并在不同的时间段观察植入部分周围组织切片计算成骨量，结果显示虽然二者均有成骨作用，但DDM/rhBMPs成骨效果优于Bio-oss/rhBMP，推断可能是由于DDM的介孔结构更有利于其与BMPs的结合和缓释。

2.3 促进牙髓干细胞增殖、迁移及牙周组织再生 Chi等[16]通过体外评估DDM对牙髓干细胞(DPSCs)克隆群体的影响，观察到DDM具有刺激细胞增殖，减少凋亡标志物半胱天冬酶3，增加细胞存活标记物Akt1表达和增强矿化基质沉积，并且DPSCs还成功迁移到DDM的胶原凝胶中，细胞保持存活并且在3 d内数量增加。Widbiller等[17]则通过进一步提纯脱矿牙本质内各类物质，将它们与DPSCs进行培养后观察到牙本质内的牙本质基质蛋白在促进DPSCs增殖和向成牙本质细胞分化方面起主要作用。以上实验说明了DDM所释放的物质可以促进DPSCs的增殖和向成牙本质细胞的分化，从而形成牙本质矿化组织，具有促进牙齿发育根尖闭合以及修复性牙本质生成的作用。杨禾丰等[18]通过分析各时期牙囊细胞在牙本质基质液中浸泡下所释放的各种成分，发现牙本质基质能明显上调成骨/成牙骨质相关基因(Runx2、ALP、CP-23、OPN)的蛋白表达水平，证明牙本质基质有助于牙囊组织向牙骨质和牙槽骨生长，推断DDM有可能对牙周组织的再生具有促进作用。

3 DDM的临床应用

3.1 修复种植体周围骨缺损及上颌窦提升 Kim等[19]于2010年在6例需种植牙患者手术中同期植入DDM与种植体，在随访中观察到DDM逐渐吸收，且与周围组织相容良好，46%～74%植入的DDM已通过骨诱导过程被新生骨组织替代，6年后，该研究团队通过口腔CBCT设备检查了其中的5例患者，并观察到5例患者6年时间内颊侧骨高度与宽度的减少分别为0.4～3.3 mm和0.4～4.2 mm，并且患者所形成的皮质骨与种植体均融合良好且稳定。Kim等[20]亦在23例需种植牙且伴牙槽骨骨量不足的患者植入DDM之后同期共植入种植体，在1年内测量初次和二次手术植体稳定性，拍摄CBCT观察种植体骨结合率以及新生骨质情况。结果显示所有部位具有良好的稳定性且维持良好，无并发症，在术后4个月时从3例患者上颌骨收集的组织样品制作切片，显微镜下观察到致密的纤维结缔组织还有结构发育良好的新生骨质及周围密集的毛细血管。Pohl等[21]将制作的自体脱矿牙本质基质(ADDM)植入6例患者的上颌窦底行上颌窦提升术，并同期在相应部位植入植体，在术后5年期间多次进行术后随访与测量植体稳定性，无论是患者的主观感受或数据均令人满意，在该区域共进行了多次取骨活检，观察到ADDM颗粒逐渐吸收，周围新生的骨质结构与正常骨组织无区别，且周围大量毛细血管形成。以上实验表明，用DDM可修复种植体周围的骨缺损，其颗粒尺寸和表面介孔结构促进DDM内部物质持续与周围组织交换，一方面释放各种生长因子在植体周围，加速诱导周围间充质细胞向成骨细胞成纤维细胞等分化，同时多孔疏松结构使得毛细血管可进入其内部提供养分及增强抗感染能力，既能在种植手术初期提供良好稳定性又可持续稳定地促进周围组织骨化。

3.2 诱导牙槽骨及颌骨组织再生 Pang等[22]为观察DDM在拔牙后牙槽位点保存的临床效果和组织学结构，通过对24例患者共33个拔牙位点拔牙后分别即刻植入DDM与Bio-oss骨粉，并在术后6个月内进行骨量测量和切片观察，所有病例未观察到移植物与周围组织的感染，两种材料移植后的测量结果无统计学差异。符伟柱等[23]将DDM用于填充颌骨囊肿刮治后的空腔，在随访1个月后出现骨小梁结构，3个月后影像学显示已与周围组织无区别。Jung等[24]在20例患者拔牙后分别植入DDM与DDM/rhBMP-2行牙槽嵴保存术，测量术前与术后4个月牙槽嵴高度与宽度的变化，结果显示DDM与DDM/rhBMP-2对比空白对照组均可显著减少牙槽嵴高度与宽度的丧失，且rhBMP-2与DDM的组合还表现出明显的结构稳定性和更高的新骨形成量。DDM具有稳定且缓慢持续的降解速率，在植入初期提供稳定的支架和生长因子有助于新骨沿着支架充满缺损处，且降解速率应与组织再生速率相匹配，在后期逐渐降解，保证新生骨组织与周围融合维持结构的完整

3.3 不同脱矿程度DDM对骨组织再生的影响 Koga等[25]为探究和改善DDM自身的性能，制作大鼠颅骨缺损标本并在缺损处植入不同矿化程度的脱矿牙本质基质(70%脱矿与完全脱矿)，观察到尽管部分脱矿与完全脱矿两种都具有诱导缺损区成骨细胞分化的作用，但前者具有更加优异的成骨活性。在此基础上，该团队通过在牙槽骨增高术和上颌窦提升术等手术的同期植入部分脱矿牙本质基质，并对患者进行术后随访与组织学观察，结果证明部分脱矿牙本质基质作为牙槽骨再生的骨替代物具有良好的临床效果，病例均有良好的骨形成，在二次手术中植入种植体后，病患均表现出稳定的骨结合与良好的初期稳定性，不但证明了脱矿牙本质基质做为植骨材料的效果还为探究牙本质脱矿程度对其性能的影响打开了新的思路[26]。

3.4 引导组织再生及牙体再矿化 Ge等[27]将ADDM植入51例第二磨牙远中牙周骨壁缺损患者的缺损处，并设立单纯牙周基础治疗作为对照组，在术后6个月和12个月时测量探诊深度与附着水平，结果发现植入ADDM组的探诊深度与附着水平明显优于对照组。蒋月桂等[28]将DDM作为直接盖髓剂用于临床病例，在2年的随访中发现其与氢氧化钙疗效相差无异，之后他们将DDM与氢氧化钙分别用于51例年轻恒牙牙髓炎患者行根尖诱导成形术，2年后观察到DDM组92.86%患者的根尖孔闭合牙根发育完成，以上实验进一步证明了DDM促进组织矿化再生的能力，其内部BMPs和牙本质基质蛋白等在促进牙周和牙髓组织的再生中具有重要作用。

综上所述，DDM因其本身所含的各种生物活性因子和介孔结构，是一种既有骨诱导作用，又可与其他生物因子合用而作为支架发挥缓释作用的材料，其具备理想植骨材料的三大性质，包括骨诱导、骨传导及生物相容性，同时在上述研究中还能对牙体和牙周组织具有促进发育的作用，在口腔内科疾病的治疗中亦有重要价值，其材料来源充足，随着对材料的不断研究简化其制作过程，将会成为一种便捷且来源充足的植骨材料，具有广泛的应用前景。