人工骨材料β-磷酸三钙在牙槽嵴裂骨缺损修复中的应用

陈凯歌， 陈仁吉， 郭思远， 林雨楠

1.河北医科大学第四医院口腔科，河北石家庄（050011）；2.首都医科大学附属北京口腔医院整形创伤科，北京（100050）

唇腭裂是常见的颌面部先天畸形，牙槽嵴裂则是唇腭裂患者常见的伴发畸形之一［1］。牙槽嵴裂植骨成形是唇腭裂序列治疗的重要环节之一。目前，多数学者认为牙槽嵴裂植骨以年龄8 ～12岁，尖牙牙根形成1/2 ～2/3 为宜，此时可避免手术对上颌骨发育的不良影响，并且可使尖牙在植骨区萌出，刺激新骨形成［2］。当前植骨骨源的金标准依然是自体髂骨松质骨，但自体骨移植存在增加手术切口、导致疼痛、皮肤瘢痕、下肢活动受限等问题［3-4］。而且，髂骨移植术后存在严重的骨吸收［5］，很多患者都需要再次或者多次的植骨才能达到要求。随着材料学的发展，用人工材料替代自体骨修复先天性牙槽嵴裂成为一种可能。β-磷酸三钙（βtricalcium phosphate，β-TCP）作为一种较为常见的骨替代材料，具有良好的生物相容性、骨引导性和生物降解性，是目前骨组织工程中较为常见的支架材料之一；骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）作为骨组织工程学最常见的因子之一，可诱导未分化间充质细胞、成骨前体细胞等向骨及软骨细胞分化，在骨缺损修复领域发挥着重要作用，因此，本研究选择此二者作为实验材料。

1 资料和方法

1.1 病例选择与分组

1.1.1 研究对象 选择2016 年7 月至2021 年5 月于首都医科大学附属北京口腔医院就诊并行单侧牙槽嵴裂修复术的患者为研究对象，共59 例，平均年龄（9.83 ± 1.33）岁，其中男性32 例，女性27 例。患者术前常规拍摄CBCT，评估其裂隙大小及尖牙萌出状态。本研究已经首都医科大学附属北京口腔医院伦理委员会批准。纳入标准：①非综合征性单侧完全性牙槽嵴裂；②CBCT 检查显示裂隙位于侧切牙与尖牙之间，且尖牙牙根发育达1/2 ～2/3者；③年龄8 ～12 岁。排除标准：①牙槽嵴裂隙过宽者（＞1.5 cm）；②牙槽嵴裂近远中断端明显唇腭向错位者（两牙槽骨裂隙端不在一个平面上）；③牙槽嵴裂隙空间内有牙冠占据。

1.1.2 研究分组 根据患者使用材料的不同，将患者分为3 组：A 组为自体骨组（n=22），其中男性11 例，女性11 例，年龄（10.00 ± 1.60）岁；B 组为β-TCP 组（n= 18），其中男性11 例，女性7 例，年龄（9.67 ± 1.24）岁；C 组为BMP-2+β-TCP 组（n= 19），其中男性10例，女性9例，年龄（9.78±1.08）岁。各组患者年龄、性别比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 骨修复材料

①BMP-2：杭州九源基因工程有限公司生产，通用名：骨修复材料，商标名：骨优导，注册证号：国食药械（准）字2014 第3460233 号，产品规格：1 mg/瓶；②自体髂骨：按常规步骤，于髂前上嵴行横行切口，劈开骨皮质，取髂骨松质骨备用，分层缝合软骨，肌层，皮下及皮肤；③β-TCP：curasan AG 公司生产的骨修复材料，商品名：牙科骨粉，注册证编号：国食药监械（进）字2014 第3634755 号，主要成分：β-TCP，粒径规格：500 ～1 000 μm。

1.3 手术方法

3 组均在全麻下常规消毒铺巾，切口，翻瓣，无张力缝合关闭腭侧裂隙形成植骨床。根据分组选择植骨材料，植入相应骨材料。其中，BMP-2+β-TCP 组，取1 mg BMP-2，将其置入裂隙内，之后放置所需量的β-TCP。各组均将所植入材料压实，植入材料表面略高于裂隙两侧唇侧骨面，恢复上颌骨的连续性和梨状孔边缘，并无张力缝合唇侧创口。术后7 d 拆除口内缝线并检查伤口有无感染、裂开、排异等症状。在术后12 个月时进行复查，检查牙槽嵴裂恢复情况包括牙槽嵴丰满度、口鼻瘘关闭情况等，并拍摄CBCT 分析。

1.4 评价方法

本实验采取Feng 等［6］的方法，使用CBCT 三维重建体积测量：①选择参考平面：选择前鼻棘点，左右两侧腭大孔作为标志点，三点成面，使其作为参考平面，通过调整使该平面处于水平位置时进行分析；②建立术前牙槽嵴裂3D 模型：描计牙槽嵴裂骨缺损区域边缘，得出术前缺损区域的3D 模型，进而得到术前体积值；③建立术后牙槽嵴裂3D模型：生成术后3D 模型，通过不同颜色标记新成骨区域，计算该区域的体积，见图1。将患者术前、术后CBCT 数据以DICOM 格式分别导入Mimics 21.0 软件，分别计算术前缺隙体积及新形成骨体积。为减小实验误差，分别测算3 次，取其平均值，计算成骨率=新形成骨体积/术前缺隙体积×100%。

Figure 1 Flow chart of alveolar ridge volume measurement图1 牙槽嵴裂体积测量流程图

1.5 统计学分析

用SPSS 25.0 软件进行统计分析，各组数据分别进行正态性分析和方差齐性的检验，确定其是否符合正态分布。各组间利用单因素方差分析进行比较。P＜0.05，表示差异具有统计学意义。

2 结 果

术后7 d，3 组术后口内伤口均愈合良好，无植入材料排出，无感染、裂开、排异等症状。术后12 个月，3 组患者CBCT 扫描及三维重建图像可见牙槽嵴裂隙区内有新生骨桥形成，新生骨组织在影像密度上与正常骨组织没有明显差别，上颌骨的连续性得到不同程度的恢复（图2）。

在术后12 个月时测量成骨率，自体骨组成骨率为65.00%±16.66%，β-TCP 组及BMP-2+β-TCP 组成骨率分别为69.82%±17.60%、71.35%±17.51%，与自体骨组比较，差异均无统计学意义（P= 0.382、P= 0.244）；且β-TCP 组与BMP-2+β-TCP 组两组成骨率相比，差异无统计学意义（P=0.789），见表1。

表1 各组牙槽植骨术后12 个月成骨率Table 1 Osteogenesis rate in each group 12 months after alveolar bone grafting ±s

表1 各组牙槽植骨术后12 个月成骨率Table 1 Osteogenesis rate in each group 12 months after alveolar bone grafting ±s

Group by the different bone repair materials: autologous bone, β-TCP and BMP-2 +β-TCP. a: autologous group vs. BMP-2+β-TCP group; b:autologous group vs. β-TCP group; c: β-TCP group vs. BMP-2+β-TCP group. β-TCP: β-tricalcium phosphate;BMP-2:bone morphogenetic protein-2

Group Autologous group β-TCP group BMP-2+β-TCP group Case number 22 18 19 Osteogenesis rate 65.00%±16.66%69.82%±17.60%71.35%±17.51%F P 0.244a 0.382b 0.789c 0.123 0.015 0.168

3 讨 论

Figure2 ComparisonofCBCTbeforeand12months after alveolar cleft bone grafting in each group图2 各组牙槽嵴裂植骨术前与术后12 个月CBCT 结果对比

牙槽嵴裂会给患者带来上颌骨发育不足、面中部凹陷、牙齿缺失以及牙列不齐等影响，严重影响唇腭裂患者的身心健康，因此，牙槽嵴裂植骨修复已成为唇腭裂序列治疗中不可或缺的重要环节。植入骨材料修复牙槽嵴裂可以重新建立稳固的上颌骨牙弓、恢复其完整性，对后期牙槽嵴裂区牙齿的萌出、正畸牙的移动、裂隙相邻牙的保留具有重大意义［7］。但对于植入材料的选择，目前仍存在较大的争议。

在牙槽嵴裂植骨材料的选择上，自体髂骨移植仍被认为是重建牙槽嵴裂的金标准［8］。有研究表明髂骨植骨融合率超过80%，使用自体髂骨移植时，单侧牙槽嵴裂修复的成功率甚至可高达90%［9］。自体髂骨配合钛网的应用，可以进一步提高牙槽嵴裂植骨的成功率［10］。在自体骨中，含有成骨细胞或骨髓干细胞等能形成新骨的细胞，而且其中的BMP-2、纤溶酶原激活剂抑制物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）等因子能诱导未分化的骨祖细胞分化，增殖为成骨细胞，同时，自体髂骨骨松质能为新生的血管等提供支撑结构，这些都有利于新骨的形成。牙槽嵴裂修复的过程中，成骨细胞形成新骨与破骨细胞不断吸收是一个再生循环的过程，是维系骨重塑过程的关键［11］。然而，自体髂骨移植有着其不可忽视的弊端，例如增加手术切口、导致疼痛、皮肤瘢痕、下肢活动受限等问题。随着材料学及组织工程学的发展，越来越多的新型材料被应用与唇腭裂外科手术中。

β-TCP 作为一种较为常见的骨替代材料，具有良好的生物相容性、骨引导性和生物降解性，是目前骨组织工程中较为常见的支架材料之一［12］。体内外及动物研究［13-14］中，β-TCP 均展现出良好的骨修复能力。BMP-2 作为骨组织工程学最常见的因子之一，1965 年由Urist 首先发现，并于1979 年从鼠胫骨脱矿骨基质中成功分离［15］。本课题组前期研究发现BMP-2 较自体松质骨表现出更为持续的骨诱导能力，诱导骨形成能力较强［16］。然而有研究表明，较高浓度的BMP-2 不仅激活了成骨细胞，还对破骨细胞的活性也有提高作用，并不利于术后的成骨［17］。因此本研究选择以1 mg BMP-2 作为用量，保持BMP-2 在一个合理的浓度范围内。

本研究中，将β-TCP 作为植骨材料植入体内，术后12 个月时随访，影像学结果显示β-TCP 组患者牙槽嵴裂隙区内有新骨形成，新生骨组织在影像密度上与正常骨组织没有明显差别，上颌骨的连续性得到一定程度的恢复。β-TCP 组与自体骨组成骨率对比，无显著性差异，该结果表明了β-TCP 能够满足植骨材料的要求，在牙槽嵴裂修复中可以作为自体骨的替代材料。

单纯的β-TCP 作为支架材料具有骨引导性，但缺乏骨诱导和生成能力，BMP-2 作为骨诱导能力最强的因子之一，恰好可以弥补β-TCP 的不足。本研究选择了以β-TCP 作为支架材料，将BMP-2 作为负载因子的复合材料用于牙槽嵴裂植骨，结果显示二者复合材料与单纯β-TCP 相比，成骨率得到了一定程度的提升，但差异无统计学意义。这可能跟样本量较小有关，后期仍需增大样本量进行验证。

关于牙槽嵴裂植骨术后成骨效果的评价方法，也是目前研究的热点问题。Bergland 等［18］提出的“牙槽嵴裂植骨术效果的分级标准”依旧是术后效果评价的金标准。然而，二维X 线片在评估牙槽嵴裂时存在许多局限，例如无法观测牙槽骨的厚度、相邻结构的重叠、可识别标志少等［19］。与CBCT 相比，X 线片评估牙槽嵴裂填充程度存在一定程度的高估，二维评价结果现已无法满足临床应用的需求［20］。CBCT 作为临床中较为常用的影像技术之一，已逐渐代替X 线平片用于评估牙槽嵴裂骨缺损以及手术效果的评价。Chen 等［21］提出了新的牙槽嵴裂评估方法，均基于Mimics 软件进行三维体积测量，并将其用于植骨效果的评价。Feng 等［6］利用CBCT 进行扫描后，将所得数据以DICOM 格式导入软件后，描绘出裂隙边缘，确定牙槽嵴裂的边界。通过Mimics 软件分别得到术前、术后的三维重建模型，并以此来计算成骨率。这种计算方法不仅极大地提高了准确性，还可以直观的观测术后成骨效果，但是需要花费较长的计算时间。本研究利用CBCT 以及Mimics 软件三维重建直观的观察牙槽骨改建情况，准确计算植骨术后成骨率，与二维评价相比，结果更为客观、真实，对于植骨效果的评价更为全面。

本研究将BMP-2 及β-TCP 用于牙槽嵴裂骨缺损的临床实践中，结果表明β-TCP 能够满足植骨材料的要求，在牙槽嵴裂修复中可以作为自体骨的替代材料之一，将BMP-2 作为负载因子的复合材料用于牙槽嵴裂植骨，为探索新的植骨材料提供了一定的思路。借助CBCT 以及Mimics 软件三维重建直观的观察牙槽骨改建情况，对于减轻牙槽嵴裂患者的痛苦及提高临床成骨率均有积极意义。

【Author contributions】 Chen KG wrote the article. Chen RJ reviewed the article. Guo SY and Lin YN collected data. All authors read and approved the final manuscript as submitted.