镁合金外支架辅助自体牙异位移植

常乾 沈圆 朱可石 李涛 任利玲

[摘要]目的：探索微弧氧化處理的镁合金支架辅助自体牙异位移植的可行性。方法：拔除9只雌性比格犬（9～11 kg）的左下颌第二前磨牙、左下颌第三前磨牙和右下颌第二前磨牙，截冠得犬牙根，3Shape扫描形态制作微弧氧化镁合金支架并装配自体牙根，3个月后植入牙槽窝，同时植入1个钛合金种植体和自体牙根进行对照；植入后3、6、12个月分三批处死实验犬，每批3只。截取骨组织标本进行Micro-CT扫描、切片VG染色观察。结果：Micro-CT结果显示，镁合金支架组成骨效果在各时间点均优于钛合金组和自体牙组。VG染色结果可见，无论是在哪个时间点，镁合金支架组的骨接触率均高于钛合金种植体组，自体牙组最低，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论：与自体牙移植和钛合金种植体相比，镁合金支架辅助的自体牙异位移植可以有效促进机体形成新骨，有利于提高移植牙的初期稳定性。

[关键词]镁合金；自体牙异位移植；动物实验；牙种植体；微弧氧化；支架

[中图分类号]R783.1    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2023）08-0024-05

Magnesium Alloy Stent Assited Autologous Tooth Transplantaion

CHANG Qian1，SHEN Yuan1，ZHU Keshi1，LI Tao2，REN Liling1

（1.Department of Orthodontics，Hospital of Stomatology Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China; 2.Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China）

Abstract： Objective  This work aims to explore the feasibility of tooth heterotopic transplantaion with micro-arched oxide processed magnesium scaffold. Methods  The left mandibular second premolars， the left mandibular third premolars and the right mandibular second  premolars of 9 Beagle canine teeth were extracted， then cutting the tooth crowns. The 3Shape scanning morphology was used to make micro-arc magnesium oxide alloy brackets and assemble the autogenous roots. Three months later， they were implanted into the alveolar socket， and a titanium alloy implant and an autogenous root were implanted for comparison. The dogs were killed in three batches at 3， 6 and 12 months after implantation. The bone samples were cut for Micro-CT scanning and VG staining of sections for observation. Results  The results of micro-CT indicated that The bone composition of magnesium alloy stents is better than titanium alloy group and autologous tooth group at all time points.The result of VG staining indicated that the bone-implant contact of the magnesium alloy group was higher than that of the titanium implant group at any time point， and the autogenous tooth group was the lowest， the difference was statistically significant （P＜0.05）. Conclusion  Compared with autologous tooth heterotopic transplantation and titanium alloy implants， magnesium alloy scaffold assisted tooth transplantation can effectively promote the formation of new bone in the body， which is beneficial to improve the initial stability of the transplanted tooth.

Key words： magnesium alloy; tooth heterotopic transplantaion; animal experiment; dental implant; micro-arc oxidation; stent

自体牙移植（Autotransplantation of teeth，ATT）具有优良的生物相容性，但是供体牙与植入区人工预备牙槽窝匹配度差是影响自体牙移植成功率的重要影响因素[1-2]。同时，也极大地限制了牙移植技术的临床应用。因此，如何提高供体牙与植入区人工预备牙槽窝匹配度，成为牙移植技术的一个研究发展方向。

镁及其合金是新型生物医用材料，与广泛应用于临床种植的钛合金相比，镁合金在力学性（弹性模量、密度与人体骨组织更接近）、生物相容性及促进新骨形成[3]方面更加适合作为种植体材料。然而，镁合金在体内腐蚀速率较高，限制了其在体内的应用。经前期研究发现经440 V电压微弧氧化处理的AZ31B镁合金具有长期耐腐蚀性的优点[4]，且其降解后有助于成骨细胞的分化[5]。本实验通过建立比格犬牙缺失模型，在其牙槽窝中植入装配有微弧氧化镁合金支架的自体牙，同时植入钛合金种植体和自体牙作为对照，评价镁合金支架辅助自体牙移植的可行性，以期为临床提高自体牙异位移植成功率提供新的思路。

1  材料和方法

1.1 研究材料

1.1.1 实验动物：选用9只健康雌性比格犬（西安迪乐普生物医学有限公司，所有实验动物符合国际实验动物要求），体重9～10 kg，年龄为12个月，随机编号为1～9号。所有实验动物委托中国农业科学院兽药与畜牧研究所饲养。所有犬均采用笼中独立圈养的方法，定时、定量摄食，自由饮水。适应性饲养2周后，进行实验。

1.1.2 主要仪器试剂：立式压力蒸汽灭菌锅（LDZX-30KBS，上海申安医疗器械厂）、种植机（CHIROPRO 980，Bien Air.Swiss）、莱卡转轮式硬组织切片机（Leica SP1600，Saw Microtome，Germany）、萊卡磨片机（Leica SP2600，Polycut Ultramiller，Germany）、Micro-CT扫描（由西安交通大学提供）WHYH-100A型设备（北京师范大学核学院）、AZ31B镁合金（宝鸡钛液有限公司）、钛合金种植体（OSSTEM TSⅡ，韩国）、兽用陆眠宁（西安迪乐普生物医学有限公司）、兽用陆醒宁（西安迪乐普生物医学有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 犬牙缺失模型的建立：本实验经兰州大学口腔医学院医学伦理管理委员会论证，编号为LZUKQ-2019-040。实验用比格犬9只，以3%碘伏进行麻醉术区消毒，肌肉注射陆眠宁（盐酸塞拉嗪注射液，0.03 ml/kg）全麻，前臼齿术区注射盐酸利多卡因（1 ml）进行局部麻醉，微创拔除左侧下颌第二、三前磨牙和右侧下颌第二前磨牙，缝合牙龈，止血，麻醉术区注射陆醒宁（盐酸苯噁唑0.03 ml/kg）复苏实验犬。拔除的犬牙经低温冷冻保存。所有比格犬无死亡，拔牙术区愈合情况良好，术区牙龈无红肿，无出血，无明显感染现象。拆除缝线后，亦未见伤口感染。所有比格犬恢复情况良好。

1.2.2 镁合金外支架的制作：每只犬选取1颗拔除的离体牙，在无菌环境下，利用高速手机磨除离体牙牙冠部分，去除牙髓、牙周膜和颈部牙龈组织见图1A，采用3shape扫描牙根形态，数据导入Pro/E软件中，采用AZ31B镁合金（化学成分见表1），应用CAD/CAM系统加工制作个性化镁合金外支架，并与离体牙装配（见图1B）。镁合金外支架外形类似于牙种植体，外表面为螺纹结构，内表面与牙根相嵌合，利用根面倒凹固位。采用WHYH-100A型设备对镁合金进行微弧氧化表面处理，用不锈钢电解池和制作完成的镁合金支架分别作为阴极和阳极，通过使用循环冷却系统保证实验时电解液的温度恒定，通常控制在35℃以下。镁合金支架表面处理所用的电解质是由14 g/L Na2SiO3·9H2O，4 g/L NaOH，4 g/L KF组成，处理电流为2 A，频率为75 Hz，处理时间为20 min，处理电压为440 V，负压为30 V。微弧氧化处理完成后将离体牙解冻，与镁合金外支架装配。镁合金外支架制作过程见图1。

1.2.3 种植手术：犬牙拔除3个月后进行种植手术，手术前对所有实验犬禁食水24 h。以3%碘伏进行麻醉术区消毒，肌肉注射陆眠宁（盐酸塞拉嗪注射液，0.03 ml/kg）进行全麻，仰卧位固定实验动物，口腔前磨牙术区以利多卡因/肾上腺素（1∶100 000）浸润麻醉。手术刀切开分离牙龈，在标记好的种植位点处分别使用引导钻、先锋钻、扩孔钻逐级预备种植窝洞。预备种植窝洞时钻速约1 200 r/min，种植窝制备过程中用大量含庆大霉素的生理盐水冲洗冷却。将装配有镁合金外支架的自体牙、钛合金种植体以及自体牙分别植入比格犬下颌骨内，缝合（见图2）。术后连续5 d给予肌肉注射青霉素（80万单位/只）预防术后感染。种植手术10 d后拆除创口缝线。定期观察实验动物的创口情况及精神状况，术后3、6、12个月分三批随机处死实验动物，每批3只。切取带有种植体的下颌骨标本，大小约12 mm×8 mm×15 mm。标本用生理盐水冲洗，4%多聚甲醛中固定48 h备用。

1.2.4 Micro-CT扫描：取包含异位移植牙、种植体和自体牙的下颌骨标本，放入并固定在容器中校对后进行扫描。扫描时保持牙齿长轴与检查床平行并与扫描平面垂直，扫描电压为90 kV，电流为55.0 μA，测量区域X、Y、Z轴层厚均为12.324μm。使用VG Studio3.0软件（Volume Graphics，德国）对骨样本扫描数据进行三维重建。

1.2.5 含种植体不脱钙骨磨片制备及染色：所有标本进行硬组织切片及染色，使用生理盐水洗净标本上残留的固定液，梯度乙醇脱水，然后在甲苯中进行透明化处理。干燥后分别浸入浸液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中各3 d，然后将样本浸入甲基丙烯酸甲酯的容器中，将容器放入恒温水浴箱逐渐升温聚合直至样品完全硬化。取出包埋有骨组织标本的容器，冷却后将组织块取出。对包埋块进行修整，使用硬组织切片机将包埋好的组织块沿种植体长轴切开制作含种植体的不脱钙骨切片，每个包埋好的骨标本切3张。然后进行磨片染色处理，在光学显微镜下对含种植体的不脱钙骨磨片进行观察。

1.2.6 成像及种植体-骨接触率（Bone-implant contact，BIC）检测：使用Eclipse Ci-L拍照显微镜（Nikon Japan）选取组织的目的区域进行20倍成像，成像时保证每张照片的背景光一致。成像完成后使用Image-Pro Plus 6.0分析软件（Media Cybemetics U.S.A）统一以毫米（mm）作为标准单位，分别测量每张切片种植体-骨界面总长度（Total length，TL）；测量界面种植体与骨直接接触长度（Contact length，CL）；求出骨接触率BIC=（CL/TL）×100%[6]；

1.3 统计学分析：使用SPSS软件（版本22.0，USA）进行t检验分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1 临床观察结果：整个实验过程中观察犬的状况及精神情况，可见种植术当天犬食欲不振，精神不佳，第2天好转。术后伤口愈合情况良好，所有实验动物完全康复。

2.2 Micro-CT扫描结果：术后3、6、12个月Micro-CT扫描图像可见钛合金植体周围的骨结合情况良好，并且随着植入时间的增加，植体周围的骨质缓慢增加（见图3A～C、见图4A～C、图5A～C）。而镁合金组植体植入3个月时根尖周围可见低密度影像，并且范围较大；牙根周围有少量高密度影像，说明有骨质形成（见图3D、图4D）。而6个月组和12个月组较三个月组低密度影像更小，高密度影像更大，说明随时间增加，气体在牙槽骨内被缓慢吸收，植体周围骨质逐渐增多（见图3D～F、图4D～F、图5D～F）。自体牙组可以看出，随着植入时间的延长，牙根周围的骨质变化不大，并且还存在一定程度的牙根吸收（见图3G～I、图4G～I、图5G～I）。

2.3 硬组织切片及染色结果：硬组织切片苦味酸-品红染色结果见图6，3个月时，钛合金种植体周围骨质较少，多处种植体螺纹处没有骨结合；镁合金支架组牙根周围少量骨质，与牙根附着不紧密，牙根根方残余大量镁合金支架降解产生的疑似气体（见图6D绿色箭头）；自体牙组根方基本没有骨质附着，存在大量炎性细胞浸润。6个月时，钛合金种植体周围骨质增多，多处骨质与种植体之间存在间隙，（见图6B黄色箭头）；镁合金支架组牙根周围骨质增多，附着紧密，残余气体减少；自体牙组牙根周围少量骨质，炎性细胞仍存在。12个月时，钛合金周围骨质紧密，与植体间间隙变小，骨结合良好；镁合金支架组牙根周围骨质继续增多，牙根与周围骨质连接紧密，骨结合良好；自体牙组牙根周围骨质增多，炎性细胞减少。使用Image-Pro 6.0分析软件对种植体-骨接触界面的骨接触率（Bone-implant contact，BIC）进行测量（见图7）。可見各时间点镁合金支架组的骨接触率均高于钛合金种植体组，自体牙组最低，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。

3  讨论

自体牙移植是一种修复牙列缺损的外科治疗方法，通过将阻生、错位、无功能的牙齿移植到同一个体的另一位置使其在新的牙位上生存以替代缺失牙的生理功能。自体牙移植除了恢复生理功能外，还可给予颌骨及牙槽骨相应的刺激并保证其正常生长；对于缺失或缺损的牙槽骨能产生功能性刺激，促进新骨沉积，维持其完整的形态。但异位牙移植的主要问题在于供体牙与待移植区牙槽窝形态不匹配[6]。已有研究表明，在移植手术操作过程中尽量减少对供体牙牙周膜损伤，对提高自体牙移植成功率有直接影响。一方面，供体牙与待移植区牙槽窝形态不匹配需反复多次拟合，由此会增加对于供体牙牙周膜的损伤[7]。另一方面，供体牙牙根与待植入区牙槽窝间间隙越小其愈合时间越短、愈合效果越好[8]。进一步研究表明，当供体牙牙根与待植入区牙槽窝间距在0.5～1 mm时最利于愈合；而当两者间隙大于5 mm时，会延长愈合时间、增加移植失败的概率[9]。基于以上原因，本研究设想利用一种生物可降解材料作为外支架，解决牙槽窝与供牙不匹配的问题，同时，该材料具有适宜的力学性能、良好的生物相容性和低生物毒性，以及适合组织愈合的降解性能，以促进移植牙的良好愈合。

生物医用金属材料在骨科及口腔修复领域至关重要。由于镁合金相对于其他材料（例如钛合金和不锈钢）的优势，近年来人们对其进行了广泛研究[10-11]。然而，镁合金在生理溶液中极易腐蚀，这阻碍了其安全有效地应用于人体[12]。针对这个问题，人们采用了多种方法对镁合金进行改性处理，其中，微弧氧化技术简单、高效、清洁，成了研究的热点[13]。

本实验将AZ31B镁合金表面进行微弧氧化处理制作自体牙根支架，并将其移植到比格犬缺失牙模型上，通过Micro-CT检测和组织学检测观察移植牙的愈合及成骨情况，同时植入钛合金种植体、自体牙进行三者对比，对镁合金支架应用于自体牙异位移植领域提供实验依据。通过Micro-CT对样本进行扫描重建，结果表明相较于自体牙移植和钛合金种植体，镁合金支架具有良好的成骨能力，但是植入前期牙根周围仍有疑似气体的低密度影像，说明镁合金支架的降解速率仍然大于比格犬机体的吸收速率，这会不会影响到组织愈合以及会不会产生细胞毒性还需要进一步研究。以往研究表明，当镁合金的降解速率与组织愈合各阶段相匹配且腐蚀方式为均匀腐蚀时，才能实现镁合金植入物的可控降解[14]。组织学切片染色观察可见，镁合金支架组牙根周围基本没有炎性细胞聚集且牙根周围骨量较多，可以判断，镁合金支架具有良好的成骨作用及保证移植牙良好的初期稳定性的作用。模拟镁合金外支架应用于牙移植的三维有限元研究也得出了相同的结论[15]。另外，种植体植入后即可负载是否会影响初期稳定性也存在争议。有学者认为种植体植入后不应使种植体即刻负载，以顺利达到良好的骨性结合[16]；而另有些学者认为，种植体植入后即刻负载与延期负载对其长期稳定性影响差异无统计学意义[17]。本实验采用截冠的方法去除牙冠，使种植体不受咬合力，避免了咬合力对种植体愈合的影响，而在临床移植牙的过程中无法去除移植牙的牙冠，这个问题还需要进一步实验研究。

由于本研究纳入样本量较少，检验效能相对较低，因此后续研究将进一步扩大样本量，对镁合金支架辅助的自体牙异位移植能更有效促进机体形成新骨，有利于提高移植牙的初期稳定性进行更深入研究。

[参考文献]

[1]Kim E，Jung J Y，Cha I H，et al.Evaluation of the prognosis and causes of failure in 182 cases of autogenous tooth transplantation[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod，2005，100（1）：112-119.

[2]Nethander G.Peridontal conditions of teeth autogenously transplanted by a two-stage technique[J].J PeriodontalRes，1994，29（4）：250-258.

[3]Pogorielov M，Husak E，Solodivnik A，et al.Magnesium-based biodegradable alloys：Degradation，application，and alloying elements[J].Interv Med Appl Sci，2017，9（1）：27-38.

[4]陆雨桐，李涛，商晓盼，等.不同电压对镁合金微弧氧化膜理化性能及生物活性的影响[J].中国医学物理学杂志，2017，34（5）：502-508.

[5]商晓盼，李涛，陆雨桐，等.AZ31B镁合金降解后周围微环境对成骨细胞生物活性的影响[J].中国医学物理学杂志，2017，34（9）：946-949.

[6]罗顺云.自体牙移植术临床操作图解[M].北京：人民卫生出版社，2019：2.

[7]Armstrong L，O'Reilly C，Ahmed B.Autotransplantation of third molars： a literature review and preliminary protocols[J].Br Dent J，2020，228（4）：247-251.

[8]Tang H，Shen Z，Hou M，et al.Autotransplantation of mature and immature third molars in 23 Chinese patients： a clinical and radiological follow-up study[J].Bmc Oral Health，2017，17（1）：163.

[9]Jang Y，Choi Y J，Lee S J，et al.Prognostic factors for clinical outcomes in autotransplantation of teeth with complete root formation： survival analysis for up to 12 years[J].J Endod，2016，42（2）：198-205.

[10]黃燕，李小丹，欧阳山蓓，等.自体骨、生物材料在颅颌面骨缺损修复中的应用研究[J].中国美容医学，2017，26（8）：89-92.

[11]Chen J，Tan L，Yu X，et al.Mechanical properties of magnesium alloys for medical application： A review[J].J Mech Behav Biomed Mater，2018，87：68-79.

[12]Yang J，Koons G L，Cheng G，et al.A review on the exploitation of biodegradable magnesium-based composites for medical applications[J].Biomedical Materials，2017，13（2）：022001.

[13]Narayanan T S，Park I S，Lee M H.Strategies to improve the corrosion resistance of microarc oxidation （MAO） coated magnesium alloys for degradable implants： Prospects and challenges[J].Prog Mater Sci，2014，60（Mar）：1-71.

[14]陈军修，王晓婉，刘辰，等.生物可降解镁合金研究进展[J].特种铸造及有色合金，2021，41（10）：1273-1282.

[15]柏青.模拟镁合金外支架应用于牙移植的有限元分析[D].锦州：锦州医科大学，2018.

[16]Chen J，Cai M，Yang J，et al.Immediate versus early or conventional loading dental implants with fixed prostheses： A systematic review and meta-analysis of randomized controlled clinical trials[J].J Prosthet Dent，2019，122（6）：516-536.

[17]Zhao G，Zhou Y，Shi S，et al.Long-term clinical outcomes of immediate loading versus non-immediate loading in single-implant restorations： a systematic review and meta-analysis[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2022，51（10）：1345-1354.

[收稿日期]2022-09-21

本文引用格式：常乾，沈圆，朱可石，等.镁合金外支架辅助自体牙异位移植[J].中国美容医学，2023，32（8）：25-29.