脱矿牙本质基质在骨增量中的研究进展

丁梦婷 综述 于德栋 吴轶群 审校

（上海交通大学医学院附属第九人民医院·口腔医学院；口腔第二门诊部#，上海交通大学口腔医学院，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，中国医学科学院口腔颌面再生医学创新单元，上海 200011）

随着老龄化程度日渐严重，牙缺失伴有骨丧失的情况逐渐增加，目前市场上的骨增量材料琳琅满目，种类颇多，但普遍都存在缺陷，无法满足真正意义上的治疗效果，脱矿牙本质基质（DDM）作为一种新型的增量材料，有其独特天然的特性与优势，用于牙槽嵴增量具有一定的研究价值和临床意义。

1 DDM 的成骨原理和机制

人类牙齿有着与骨骼相似的化学成分，主要由无机物钙磷灰石晶体、少量的胶原蛋白和水所构成。有研究表明牙槽嵴与牙齿均由神经嵴细胞分化而来。在成熟的牙釉质中，无机物占总重量的96%～ 97%，其余为有机物与水。在成熟牙本质中，无机物占总重量约为70%，有机物含量为20%，水占10%。在牙槽骨中，无机物，有机物和水含量占比分别为65%，25%和10%。另外，牙釉质由部分高晶相羟基磷灰石构成；而牙本质则主要由低晶相的羟基磷灰石所构成，这一点与骨组织相似，因而牙本质更适合作为骨替代材料[1]。

牙本质中的无机物主要为羟基磷灰石晶体，可以吸附游离钙离子和磷酸盐，更容易使骨沉积在我们需要的部位。牙本质中的有机物主要为I型胶原蛋白，同时还含有少量骨形成蛋白（Bone Morphogenetic Protein，BMP）、血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）和非胶原蛋白（Non-collagen proteins，NCPs）。其中，I 型胶原蛋白是重要的骨基质成分，由成骨细胞分泌，与骨组织的形成与矿化密不可分，另一方面，他所形成的支架结构也为钙盐沉着和细胞附着提供了场所。BMP 特别是BMP-2 有着出色的骨诱导能力，可以通过激活细胞内的调节因子，重新排列相关的遗传序列，最终刺激牙槽骨中未分化的间充质干细胞分化为成骨细胞[2]。VEGF 是重要的促血管生成因子，可促进新生血管形成，从而起到调节血管渗透性的作用，同时新形成的血管也可为新骨的形成提供充足的营养。

理想的植骨材料通常需要满足3 个特性：（1）骨传导性：即可用于细胞分化长入的三维支架。DDM 是一种含多种生长因子的酸不溶性胶原支架。通过脱矿处理，其内部密集的胶原纤维充分暴露，交织成一个网络，其增宽的牙本质小管还可以作为一些蛋白质和生长因子释放的通道[3]。（2）骨诱导性：即分布于受体床上的间充质细胞被来源于移植骨的骨形态发生蛋白（BMPs）所激活，进而分化为成骨细胞。（3）成骨性：即成骨细胞活化产生新骨的过程。

DDM 适用于因各种先天性和后天性的原因（如牙周炎，牙外伤，严重的牙体牙髓疾病及颌面肿瘤等）造成的不可避免的骨吸收，导致种植区牙槽骨骨量不足。牙齿的选择范围：一般选取健康的牙齿，不过患有牙周病的牙根，仍有一定的生物学潜力[4]，15 和25 kGy 的伽马辐射可以显著降低新鲜牙本质基质中的HBV DNA 水平[5]。

在大多数情况下，被拔除的牙齿具有健康的牙体结构，仅仅作为医疗废弃物被丢弃未免可惜。自1967 年，Yeomans 等成功地证明从兔和人的脱矿牙本质基质中提取出骨形态发生蛋白BMP 可以促进骨的形成后[6]，各种动物与临床试验纷纷证实了牙本质在促进骨生成中卓越的生物相容性、良好的骨诱导性与骨传导性。因此，使用脱矿牙本质基质作为骨移植材料是可行且有效的措施。

2 DDM 的制备

患者被拔除的牙齿，在去除附着的软组织、龋、充填物、牙釉质和牙骨质后，通过一系列脱水、脱脂和部分脱盐处理（牙本质用0.6 mol/L 的HCl 脱矿即可消除大部分矿物质和免疫原性成分），同时保留了极低含量的矿物质以及大部分I 型胶原蛋白和NCP，提供了包含多种生长因子的具有良好的骨传导性和骨诱导性的脱矿质牙本质基质（DDM）支架，以支持骨骼再生。制备完成的DDM 可以用于上颌窦提升植骨，拔牙窝位点保存，种植区骨增量等[7]。具有临床意义的是，加工过的DDM 支架其牙本质小管开放增粗，并具有纳米多孔的疏松结构，增加了牙本质支架的有效表面积，为血管长入内陷创造了多个生长中心，有利于新骨形成。

目前，DDM 有粉末和块状两种形式。粉末状的DDM 通常与其他合适的材料混合形成糊状物，可以更好地在骨缺损部位成型，主要用于小面积的骨缺损[8]。而块状的DDM 则是初步制备完成后，掏空髓腔，在牙齿上打数个分布均匀的、直径不小于500 μm 的小洞，这种孔隙可为成骨细胞的附着、分化以及周围组织等生长创造空间[9]。对于一些大范围的骨缺损，如使用粉末状DDM，虽然其表面积更大，但其吸收速度过快，很可能小于骨形成速度，从而造成骨流失。因而考虑使用块状DDM 以增加其支架强度，维持牙槽骨的形态和形状[10]。

3 DDM 移植效果的影响因素

3.1 DDM 粉末的移植效果

3.1.1 颗粒大小的影响 对于多大颗粒直径的粉末能够最有效地促进骨再生，目前的临床研究仍缺乏权威的共识。在1971 年，Rivault 等发现直径为100 μm 的颗粒更有助于刺激成骨细胞分泌骨基质[11]。2002 年时，Pallesen 等在报告中指出，尺寸 为0.5 mm～ 2.0 mm 的DDM粉末比10mm的DDM粉末更有效，因为它们可以更快地使骨骼重塑[12]。然而，Hall 和Fucini 等在一次研究中发现，尺寸为250 μm～ 500 μm 或850 μm～ 1 000 μm 的颗粒，其成骨效果并没有显著差异[13]。尽管所有研究结果都表明，骨量的新增似乎受到骨移植材料颗粒直径大小的影响，但研究结论仍存在争议。

3.1.2 脱矿程度的影响 一个显而易见的结论是，脱矿程度越大，所需的时间越长，过程越复杂。一方面，为了节约患者与医生的时间，方便操作；另一方面，也许并不是脱矿程度越大，成骨效果越好。因此，很多学者积极探究获得最佳成骨效果的脱矿程度。Koga 等在2016 年专门研究了不同脱矿程度的DDM 对骨再生的影响。他们比较了3种不同的DDM：未脱矿牙本质（Undemineralized Dentin，UDD），部分脱矿质牙本质基质（Partially Demineralized Dentin Matrix，PDDM）和完全脱矿质牙本质基质（Completely Demineralized Dentin Matrix，CDDM），并在颅骨缺损的大鼠中进行了研究，最终显微CT 图像和组织学观察显示，CDDM 能够大量被吸收，而UDD 却并不吸收，并且两者几乎都不引起新骨形成，电子显微镜观察显示成骨细胞附着于DDM，但不附着于UDD。而PDDM 的所有粒径都可以诱导更多的新骨骼。这可能是因为PDDM 在骨吸收与骨形成之间形成了精妙的平衡的结果[14]。

3.1.3 与其他材料的对比 李鹏、朱慧聪等比较了在牙周炎患者中GBR组（即刻种植+DDM颗粒植骨）与BIO组（即刻种植+Bio-Oss颗粒植骨）的疗效，发现差异无统计学意义。进而认为在椅旁制备的自体DDM颗粒可作为GBR 中极易获得的骨移植材料替代品，甚至可用于严重牙周炎病例的植骨治疗[15]。

Frank Schwarz 在2016 年对16 只猎犬进行牙槽嵴水平增量术后发现，健康上颌前磨牙（Maxillary Premolars，PM）牙根和磨牙皮质自体骨（Autogenous Bone，AB）块在早期骨整合方面均有较好的效果[16]。Schwarz 在2018 年在30 名患者中比较自体牙根（Tooth Roots，TR）和自体骨块（AB）在牙槽嵴水平增量术和两段式种植体植入中的疗效和安全性，发现两者的牙槽嵴宽度增量并无统计学差异，从而得出结论：自体牙根可以作为自体骨的替代性移植物[17]。Puria Parvini 等发现，与自体骨（AB）块相比，自体牙根（TR）可能在牙槽嵴水平增量的横截面积（26 weeks of the Cross-sectional grafted Area，SA26）值中更加有效[18]。

3.2 DDM 块的移植效果

与DDM 粉末相比，DDM 块的研究较少，应用范围不如粉末广泛，但DDM 块是很好的骨再生支架，可以作为一些生长因子的输送装置。其强度也较粉末状骨高，不容易被吸收，因而可用于较大的骨缺损。2007 年，重组人骨形态发生蛋 白2（recombinant human Bone Morphogenetic Protein，rhBMP-2）被批准以1.5 mg/ mL 的浓度用于人体，并带有可吸收的胶原海绵，作为自体骨移植物的替代品，用于牙槽增高，与拔牙窝相关的缺损和鼻窦增大。In Woong Um 曾将DDM 块作为rhBMP-2 的载体，研究其是否能将DDM 的特性与其所输送物质的特性结合在一起，起到更好的成骨作用。结果发现牙本质小管的纳米孔结构使rhBMP-2 在局部可以有效地携带和释放，保存一定浓度的rhBMP-2，与未使用rhBMP-2 的DDM组相比，其术后骨吸收更少。从而使其成为rhBMP-2 的很好的促牙槽骨再生支架[19]。

然而，当通过胶原蛋白海绵递送时，超生理剂量的使用和rhBMP-2 的保留不足会有剂量依赖性的副作用。此外，DDM 具有微粒和纳米结构，与骨不同，它们不发生重塑。体外DDM 是BMP-2的合适载体，在足以刺激成骨细胞分化的浓度下可以连续30 天以受控的方式释放，为rhBMP-2 提供支架作用，从而长时间保持rhBMP-2 的浓度[20]。

Md.Arafat Kabir 等对根脱矿多孔牙本质基质（perforated root-demineralized dentin matrix，PRDDM）在绵羊标准化的临界髂骨缺损中的骨再生情况进行了研究。临界大小的骨缺损是指如果没有生物材料的植入，缺损部位将永远不会自发愈合的巨大骨缺损。发现新生骨骼在DDM 支架中表现出更好的向内生长的特性，特别是在人造缺损中，形成了多个血管和骨的生长中心，并通过组织学证实了PR-DDM 在较大骨缺损中表现出卓越的骨诱导和骨传导能力[21]。Katrin Schwarz 等在2020 年对比格犬的一项实验中证实：自体牙可以用于牙槽嵴的垂直增量。经过高压蒸汽灭菌的自体牙其垂直骨增量（2.46±0.21）mm 高于未经高压蒸汽灭菌组（2.35±0.55）mm[22]。Ausra Ramanauskaitede 等在6 项研究（一项随机，一项非随机对照，一项病例对照性，一项回顾性研究，两项观察性）中总共鉴定了79 个成功放置的植入物的临床数据，总结出自体牙可以作为重建牙槽缺损的替代材料[23]。在几篇对于DDM 与BIOOSS 的对比研究和综述中都得出了种植体的成功率、稳定性、骨吸收等发现无统计学差异[24，25，26]。不过Kang Mi Pang 等在40 只小型猪中进行双侧上颌窦底提升术中发现，与单纯的Bio-Oss 相比，自体骨或混合自体骨的Bio-Oss 显著增加了骨与种植体的接触[27]。

总之，DDM 粉末的优势在于，能够增加种植体与周围骨的接触面积，从而获得更多的骨细胞附着与生长。为了增加骨组织表面积，可以减小DDM颗粒直径，但是加快了DDM颗粒吸收的速度，如何找到一个合适的颗粒直径，取得最佳的成骨效果，仍然是临床上的一个研究瓶颈。DDM块则更适合大的骨缺损，其强度较DDM 粉末高，从而不易被吸收，可以起到很好的支架作用，但是目前研究较少，需要进一步深入研究其临床应用效果。与BIO-OSS 相比，DDM 的使用风险更小，费用更低，且能取得相同甚至更优的效果。

4 总结与展望

目前市面上繁多的骨移植材料均有各自的优缺点。同种异体骨可提供无限的供体骨组织，节省了手术室和外科医生的时间，使用方便；然而缺点是不具有成骨作用，增加患者费用，有着传播艾滋、乙肝等病毒的风险。对于目前广泛应用的冷冻异体皮质骨来说，其抗原性是一个无法避免的潜在危险因素，例如来自小牛骨的Bio-0ss，可能带入牛朊病毒[28]，增加了感染其他疾病的风险。自体骨移植可以有效解决上述这些问题，但缺点是取材有限，需额外开辟二次手术区，对患者造成二次创伤，增加了额外的费用。

自体脱矿牙本质基质可以很好地避免了这些不足，目前已证实椅旁制作的牙本质粉已经成为很好的植骨材料，特别是对于一些本身需要拔除健康牙齿的患者来说，无需造成二次损伤，安全，经济且有效。自体脱矿牙本质基质在口腔医学中具有广阔的潜在应用价值和空间，具有积极的经济效益和市场价值。首先，由于正畸、阻生齿等因素拔除健康牙齿的患者多为年轻人，而需要植骨者多为中、老年，因此，可将拔除的牙齿冰冻，部分脱矿处理后妥善保存，作为未来的植骨材料；同时可以建立自体脱矿牙本质基质库，用于科学研究。

其次，块状的DDM 作为牙槽骨再生干细胞载体、生长因子载体，在口腔医学领域中也有着广阔的应用前景。可以进一步探究DDM 骨块在垂直骨增量中的作用，以期在垂直骨增量中进一步的突破性成果。另外，除了应用于牙槽嵴的骨质缺损，DDM 特别是DDM 骨块，是否可以凭借其生长潜力与支架作用，应用于全身其他部位的骨质缺损与骨质再生？而DDM 的取材，是否可以不再拘泥于完全健康的牙齿，牙周炎患者的牙齿能否在经过彻底的消毒后成为合适的DDM，从而扩大其取材库？更多的潜在应用将在未来的研究中进一步探讨。