脱矿牙本质基质在骨组织工程中应用的研究进展

焦俊杰 李永丽 齐远征 于婉琦 杨诗卉 赵静辉

作者单位：130021 长春，吉林大学口腔医学院种植中心（赵静辉为通讯作者）

为了解决口腔诊疗中骨量不足的问题，提出了使用植骨材料成骨的方法解决此问题，同时各种骨替代材料也被相继提出，如自体骨，人工合成骨替代材料，同种异体骨等。自体骨由于其具有良好的骨诱导性和支架作用，且不发生免疫排斥反应，一直以来被认为是植骨的“金标准”，但由于其来源于患者本身，开辟第二术区会增加患者痛苦及手术风险，因此临床上使用较少。自发现脱矿牙本质基质（demineralized dentin matrix，DDM）具有异位成骨能力并从中提取出骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）之后，脱矿牙本质基质就成为了学者研究的热点。

一、DDM的组成和制备

DDM来源于人类不行使功能的牙齿，如因正畸拔除的牙齿和拔除的第三磨牙。将来源牙齿去除釉质、牙骨质和牙髓后，剩余的牙本质经过脱矿、冲洗、冻干和磨碎等工序就制成DDM[1]。X 线衍射分析显示DDM中含有四种磷酸钙，分别为：羟基磷灰石HA、β- 磷酸三钙、无定型磷酸钙，磷酸八钙。其磷酸钙成分主要由低晶体度HA 组成。DDM中钙磷的含量和组成模式都与人类骨密质相近，这就为DDM作为骨的支架提供了条件[2～4]。同时DDM中还含有胶原基质和成骨生长因素，且DDM是一种溶于酸的支架材料，具有良好的生物相容性，因此DDM 是一种理想的骨替代材料[5，6]。

DDM 中富含BMP，BMP 是一种可诱导新生骨形成的生长因子。Bessho 等从人的牙本质基质中提取出了BMP 并证明其3 周就可以在大鼠肌肉中成骨[7]。Clarkson 等分析了牙本质基质提取物中含有BMP, 且证明了BMP 是诱导新骨形成的关键提取物[8]。

Calvo-Guirado 等人将拔牙后的人牙齿用智能牙本质研磨机Smart Dentin Grinder machine 粉碎研磨后得到能应用于临床的自体牙材料，然后对压碎牙进行显微称重，并进行了扫描电镜分析。经过处理，0.25g 人类牙齿产生1.0ml 的生物材料，第一第二上磨牙与下磨牙的牙重存在显著差异，研磨压碎后的牙颗粒间孔隙度增大，粒内孔隙度仅为2.533%。磨牙后，产生的材料的数量增加为原来体积的三倍，牙齿颗粒内孔和外孔高达44.48%,以增加血供，支持移植物材料缓慢吸收，支持愈合和替代吸收[9]。使用智能牙本质研磨机产生的自体牙材料利用率高，生物性能好，是临床治疗中的理想材料，但目前尚缺少足够的证据证明使用智能牙本质研磨机产生的自体牙材料能够应用于临床，故还需要进一步研究。

二、DDM 的性能

1.DDM的生物相容性

DDM自应用以来，目前还没有出现免疫排斥反应。这也是DDM被广大学者寄予厚望的重要原因。Gomes 等人在患有四氧嘧啶诱导的糖尿病的兔顶骨手术缺陷中植入兔自身制成的均质DDM 并检测，发现并没有出现免疫排斥反应且促进了兔新骨的形成，证明了DDM良好的生物相容性[10，11]。Bakhshalian等人将同种异体DDM植入兔子头骨的外科骨缺损中进行修复治疗，结果表明同种异体DDM 能显著增加骨量，且不会引起炎症反应后感染[12]。上述实验证明了DDM具有良好的生物相容性，是理想的植骨材料。

2.DDM的骨诱导性

Pang 等人比对了自体DDM 和Bio-oss 颗粒在拔牙后牙槽骨增强的效果，组织形态学检测两组均未发生感染，稳定性良好且形成骨量良好，有较高的新骨形成率，因此脱矿牙本质基质可作为Bio-oss的替代品治疗骨量不足，证明了自体DDM 良好的骨诱导性[13]。Reis-Filho 等人将人DDM植入大鼠牙槽窝内，数日后通过免疫组化分析发现在植入点血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表达增加，刺激血管形成，促进新骨形成并加速大鼠牙槽的愈合过程[14]。进一步证明了DDM具有骨诱导能力，可以作为骨移植材料。近年来关于DDM骨诱导性的研究有了新的拓展，Munir A 等人将人类脱矿牙本质基质吸附于多聚支架，观察其对于人骨髓基质细胞矿化成骨的影响，数周后发现DDM 吸附于多聚支架制成的功能化支架使人骨髓基质细胞产生了矿化倾向，功能化支架能够刺激人骨髓基质细胞的成骨分化[15]。这为人类脱矿牙本质基质的研究提供了新的思路，DDM与功能化支架的结合应用可能成为今后的研究热点。以上实验证明了脱矿牙本质基质具有良好的骨诱导性，骨传导性，可作为植骨材料参与口腔治疗。

3.DDM的载体支架作用

DDM 植入体内后不仅可防止自身所携带的BMP 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。DDM具有介孔结构，适合DDM内部成分与外界物质的交流，是理想载体所应具备的性质。同时DDM可以构成活性因子的缓释系统，避免活性因子在体内代谢，使与成骨相关的活性因子能够持续释放，形成新骨。Kim 等人将DDM浸泡在多脱氧核糖核酸（PDRN）液体后植入大鼠背部皮肤下观察DDM和PDRN 联合使用诱导软组织内成骨的效果，由于PDRN 为液体相，需要支架，而DDM 具有载体支架作用，故两者可以结合使用，通过观察发现PDRN在与DDM结合时能够诱导骨再生并具有良好的效果[16]。Um IW 等人比较了DDM联合重组人骨形成蛋白-2 （recombinant human bone morphogenetic protein-2，rhBMP-2）治疗兔颅骨缺损和无机牛骨ABB 联合rhBMP-2 的成骨效果，分为三组进行实验①DDM 组②DDM/rhBMP-2 组③ABB/rhBMP-2 组，通过观察发现DDM联合rhBMP-2 应用形成的骨量更多[17]，证明了DDM良好的载体支架作用。Um IW等人还比较了不同形态DDM 支架体外释放的rhBMP-2 的动力学实验结果，发现DDM 粉尘释放rhBMP-2 的效果最为显著[18]。而rhBMP-2 的临床应用目前还存在争议，有文献证明高浓度的rhBMP-2可能会增加癌症、感染等并发症的发生[19]，因此寻找合适的rhBMP-2 的使用浓度也是目前临床上需要解决的问题。近两年有学者开展了在这方面的实验研究，Um IW 等人将DDM 联合rhBMP-2 中 的rhBMP-2 浓度降低至0.2mg/ml，将其与rhBMP-2 浓度为1.5mg/ml 时的成骨效果进行对比，经过观察，发现二者成骨量无统计学差异[20，21]。因此处于安全性考虑，建议将rhBMP-2 的浓度降至0.2mg/ml。此浓度既能发挥DDM 的载体支架作用，又能降低rhBMP-2 使用的临床风险。

三、DDM 的临床应用

随着脱矿牙本质基质研究的进展，脱矿牙本质基质材料已经逐渐应用于临床。2008 年韩国方面就已经将DDM投入临床使用[22]，也已经有学者发表了多篇临床病例随访，事实证明DDM具有良好的临床疗效。经过多年的研究和发展，DDM目前已经成为了一种成熟的临床材料。

1.DDM治疗种植体周围骨缺损

Kim 等人在对23 例牙槽骨骨量不足的患者进行了植入DDM同期植入种植体的手术，术后一年内拍摄CBCT 测量种植体稳定性，结果显示所有部位稳定性良好，且无任何并发症。在骨移植后4 周进行的组织学评估中，用rhBMP-2 固定的DDM显示33%的新骨形成。骨移植后12 周，用rhBMP-2固定的DDM显示48%的新骨形成。在36 个植入部位中仅有一个出现了骨整合失败的情况，其余35 个部位均整合情况良好[23]。Kim 等人随访了2010 年在韩国首批应用脱矿牙本质基质治疗的5 位患者，随访时间平均为5 年5.8 个月，通过CBCT 观察到已形成的皮质骨与植入物保持一致，稳定性良好[24]。Kim 等亦随访了22 例患者，平均随访44 个月，患者将自体牙齿移植块与种植体共同植入上颌或下颌，手术后种植体周围骨的体积和形状保持良好，边缘骨丢失很少[25]。崔婷婷等人将DDM 与PRF 结合使用，观察其在重建上颌前牙区骨缺损中的效果，12个月后CT 观察可见新骨形成效果良好且患者术后反应轻微，可见DDM作为支架材料对于治疗种植区周围骨缺损具有良好的临床作用[26]。Umebayashi M等人对一位患有严重牙周炎的52 岁日本男子进行了广泛的上颌前牙槽骨和双侧窦底隆突的治疗，通过移植APDDM 和颗粒状松质骨和骨髓（PCBM）的混合物进行植骨治疗，随后他接受了植入物支持的全牙弓修复。通过四年的随访发现，该患者的生理骨量得以保持，且没有任何并发症[27]。在该实验中DDM发挥了支架的作用组织了PCBM的快速吸收，获得了良好的治疗效果。以上实验表明，DDM可用于修复种植体周围的骨缺损，其形状和表面结构都有利于DDM 内部物质与周围组织进行持续地交换，一方面释放各种生长因子在植体周围，诱导周围间充质细胞向成骨细胞、成纤维细胞等分化，同时表面的多孔疏松结构使得毛细血管可进入其内部提供养分并增强抗感染能力，因此DDM既可增强手术初期的稳定性，又可促进修复种植体周围的骨缺损。

2.DDM促进细胞增殖及成骨分化。

Melling GE 等人将非龋性牙本质的脱矿牙本质基质包裹在脂质体中，进行体外实验，将牙髓干细胞（dental pulp stem cells，DPSC）置于含有脂质体的培养基上，观察DDM 对DPSC 促进激活作用，DDM脂质体比游离DDM 能更有效地使DPSC 聚集和分化，生物活性牙本质生长因子和基质（TBF-b1、VEGF）可以从脂质体中整合和释放，促进牙本质形成，增强牙本质再矿化和激活局部DPSCs，进而延缓牙病的进展，提高修复体的寿命。脂质体是一种优良的工具，用于控制和持续的药物传递，并已被用于传递一系列分子，刺激内源性修复。将DDM包裹在脂质体中，可以在一段时间内持续、可控、局部地释放DDM，从而减少对高剂量游离DDM的需求[28]。这一实验提示了人们新的思路，脂质体包裹的DDM可能具有更为良好的促进牙本质再矿化能力，可作为今后的研究热点。Avery SJ 等人用乙二胺四乙酸（EDTA）溶解DDM蛋白质，将骨髓间充质干细胞放入其中培养，观察到骨髓间充质干细胞向成骨细胞转化，转化生长因子β（TGF-β1）增多[29]。Lee CP等人检测了脱矿牙本质基质提取物对牙髓干细胞克隆群体的特定生物学作用，在体外评估DDM 对DPSC 克隆群体的影响。将DPSC 在蛋白水解的DDM 中培养，检测到凋亡标志物半胱天冬酶3 减少，细胞存活标记物Akt1 表达增加和增强矿化基质沉积，细胞保持存活并且在3 天内数量增加。以上实验证明了DDM成分能够刺激细胞扩增，减少凋亡，提高细胞存活率，促进成骨及成牙分化[30]。

综上所述，DDM由于其本身的特殊结构和它所含的特有成分，成为了学者研究的热点，近年来更是成为了一种热门的临床材料。DDM具有良好的骨诱导性和生物相容性，同时具有载体支架作用，多种特性使DDM成为了广大医生治疗骨缺损、拔牙位点保存等疾病的首选材料。在上述研究中可知DDM还具有促进DPSC,骨髓间充质干细胞增殖分化和牙周组织再生的作用，且DDM来源充足简单，对患者本人不会造成二次伤害，多种特性使DDM 具有更加广泛的研究前景。