发现种植体的过程，充满惊喜

周建

重要的科学发现偶尔也要靠运气。科学家们在专注于某一领域的研究时，可能会有一些意料之外的发现。有的人忽视这些发现，有的人则会从中获得灵感，从而开辟一个全新的研究领域。

20世纪60年代的一个“ 意外发现”，就催生了口腔医学领域中最重要的发明之一——现代牙科种植体。

“钉子”

人类的牙根（如图一）通过纤维结缔组织（即牙周膜），锚定于牙槽骨上。人类终生只有一副恒牙，当牙齿因疾病或外伤缺失时，牙科治疗的主要目标就是修复缺失牙齿。最理想的缺失牙齿修复方式是利用现代组织工程技术在试管中再生出一颗新牙，而这种修复方式获得成功的前提，是我们的身体必须把这颗新牙齿当成是“自己人”，而不是“外来物”。

不过，即使这项技术在实验室中得以实现，要想进行大范围的临床应用，还要面对治疗周期长、费用高等问题。目前，临床上修复缺失牙齿的两种常用方法，是可摘活動义齿修复和固定义齿修复。种植修复是修复缺失牙齿的第三种方案。

这项技术是在缺失牙齿相应的牙槽骨上植入一颗“钉子（种植体）”来代替牙根，然后在种植体上安装人工牙冠。牙医们长期以来一直致力于寻找合适的材料，既能让种植体稳固地保留在牙槽骨内，又能让种植体不被机体排斥。牙科种植体发展史上，被应用过的材料包括金、不锈钢、象牙，甚至还有贝壳和珊瑚。这些材料制成的种植体被植入牙槽骨后，种植体与牙槽骨之间往往会形成一层纤维组织膜，而不会形成像牙周膜一样的可以稳固地连接牙根和牙槽骨的束状纤维结构。而且，这层纤维组织膜的存在，往往会导致种植体在牙槽骨内发生持续的轻微移动，最终导致种植体松动，甚至脱落。

目前使用的牙科种植体的材料发明纯属偶然，其发明地不是在拥有大量牙学院和研究机构的美国和英国，而是在瑞典;发明者所学专业甚至与牙医学完全不相关——他既不是牙医，也不是牙医学研究人员。

“小玻璃窗”

这个故事发生在20世纪50年代的瑞典隆德大学。一位年轻的整形外科医生正在此地从事骨生物学方面的研究，他名叫P-I·布伦马克。为了更加深入地了解骨折的愈合过程，布伦马克医生从研究活体动物体内的骨髓细胞开始入手。为了观察活体动物体内的骨髓细胞，他根据早期的研究经验，研发了一个精巧的装置来观察活体兔子后肢骨髓腔内的细胞：这一装置由金属钽构成圆形支架，中间镶嵌玻璃。他在兔子后肢骨上钻出一个小孔并暴露骨髓腔，然后，中间镶嵌玻璃的金属钽支架被用钽金属钉固定在暴露骨髓腔的小孔中。这样，布伦马克医生就可以通过这个“小玻璃窗”，利用显微镜观察活体兔子体内的骨髓细胞。实验结束后，昂贵的金属钽钉和钽支架可以轻松地从骨组织上取下来被再次利用。

由于布伦马克无法确保自己每次都能获得昂贵的金属钽来制作“小玻璃窗”的支架，所以，他决定换一种金属材料。当时，金属钛正逐渐被应用于军事工业和航空工业。尽管当时对金属钛处理和塑形的技术要求相当高，布伦马克还是成功地设计了一种用于支撑“小玻璃窗”的钛支架。当把钛支架植入兔子后肢骨内后，布伦马克惊喜地发现，金属钛可以被机体完美耐受，钛支架周围的机体组织没有出现任何炎症反应和排斥反应。

几个月之后，当实验结束时，布伦马克惊讶地发现，与之前使用金属钽支架截然不同的是，金属钛支架紧密地与骨结合在一起，以至于他根本无法将它们取下并再次利用。这个至关重要的发现，对他未来的人生和事业产生了巨大的影响。

“骨结合”

1960年，布伦马克前往瑞典哥德堡大学解剖学系任职。在这里，他组建了一个由多学科研究人员参与的研究团队，继续从不同学科的角度研究骨生物学。当时，他心目中最重要的研究项目就是关于金属钛的课题。因为，如果金属钛能够与骨组织很好地结合并能够负重，它极有可能成为第一种可以用于制造人体内赝复体的金属材料。

通过一系列严谨的实验，布伦马克证实骨组织可以直接与金属钛的表面结合，两者之间不形成任何纤维组织层，他将这一独特的现象命名为“骨结合”。 这一现象产生的原因，是金属钛的表面存在一层极薄的氧化层，当金属钛种植体植入骨组织后，大量重要的生物活性分子（如生长因子）可以聚集到种植体表面，诱导成骨细胞直接附着到金属钛表面，分泌形成新的骨组织。

这一时期，布伦马克及其团队之所以能够克服面临的种种困难，成功发现并证实“骨结合”现象，完全依赖于整个团队具备以下卓越的能力：

1.能够设计、制造出高质量，具有合理成分和形态的纯金属钛种植体。

2.能够在尽量减小手术创伤的前提下，在骨组织上制备与种植体完美匹配的孔洞。

3.能够在完全无菌的条件下进行手术操作。

手术流程

作为一名整形外科医生，布伦马克倾向于在自己的专业领域内进行第一批金属钛种植体的临床试验，如将钛种植体植入上肢骨或下肢骨内。但他很快就意识到患者这些部位的骨组织解剖位置较深，手术暴露骨组织表面，存在损伤肌肉、神经和血管的风险。幸运的是，他想到了牙医们所熟悉的牙槽骨。

对于牙医来说，在牙槽骨上钻一个容纳金属钛种植体的洞，不存在上述困难和风险。事实上，在牙槽骨上钻个孔相当容易，只要翻开牙龈就能暴露出牙槽骨。

1969年，《斯堪的纳维亚整形和重建外科杂志》刊登了世界上第一篇金属钛种植体修复缺失牙齿动物实验的文章，题目是《牙科修复体的骨内支抗》。文章介绍了利用狗牙槽骨进行金属钛种植体的体内研究，结果表明，90颗金属钛种植体在狗牙槽骨内成功存留达4年。该研究采用了分期手术过程，这一手术流程一直沿用至今。