1、4 SEDGLEY C M.J Endod,2007,33(5):5612566.5 LEEW,L I M S,SON H,et al.J Endod,2004,30(4):2092212.6 SHON W,L I M S,BAE K S,et al.J Endod,2005,31(5):3692372.7 R:?AS IN,SI QUEIRA J F JR,SANTOS K R.J Endod,2004,30(5):3152320.8 LOVE R M.Int Endod J,2001,34(5):3992405.9 HAAPASALO M,ORSTAV IKD.J Dent Res,198
2、7,66(8):137521379.10 APPELBE O K,SEDGLEY C M.OralMicrobiol I mmunol,2007,22(3):1692174.11 DISTEL J W,HATTON J F,GI LLESPIE M J.J Endod,2002,28(10):6892693.12 PORTEN IER I,HAAPASALO H,ORSTAV IKD,et al.J Endod,2002,28(9):6342637.13 CH#VEZ DE PAZ LE,BERGENHOLTZ G,DAHLN G,et al.Int Endod J,2007,40(5):34
3、42355.14 DUGGAN J M,SEDGLEY CM.J Endod,2007,33(7):8152818.15 DAV IS J M,MAKI J,BAHCALL J K.J Endod,2007,33(5):5672569.16 SCHI RRMEISTER J F,L IEBENOW A L,BRAUN G,et al.JEndod,2007,33(5):5362540.17 PORTENIER I,WALTI MO T,RSTAV IK D,et al.J Endod,2006,32(2):1382141.18 ESTRELA C,ESTRELA C R,DECURCI O D
4、 A,et al.Int EndodJ,2007,40(2):85293.19 W I LL I AM J,MOHAMED I,BRADFORD R,et al.J Endod,2007,33(10):123921242.20 AN ITA A,JAMES K,JAMES S,et al.J Endod,2006,32(2):1452147.21 KRAUSE T A,L IEWEHR F R,HAHN C L.J Endod,2007,33(1):28230.22 CHOGLE S,M ICKEL A K,HUFFAKER S K,et al.J Endod,2005,31(11):8142
5、816.23 METZGER Z,DOTAN M,BETTER H,et al.Int Endod J,2007,40(2):1202127.24 ELDEN IZ A U,OZER F,HAD I ML I H H,et al.Int Endod J,2007,40(2):1122119.25章建益,吴佩玲,张维新,等.牙体牙髓牙周病学杂志,2006,16(4):2082212.26 ASSOUL I NE L S,FUSS Z,MAZOR Y,et al.J Endod,2001,27(6):3982400.(收稿日期:2007-11-05)综述 口腔种植材料性能及其对骨结合影响的研究进展
6、李治强 综述;钟良军 审校新疆医科大学第一附属医院口腔科,新疆 乌鲁木齐(830054)【摘要】口腔种植材料经过半个多世纪的发展,先后出现了纯钛、生物玻璃陶瓷、复合材料等多种材料。每种材料都有其特有的优势,但又存在着各自的不足。如何使种植材料更有利于形成骨结合一直是研究的热点。近年来,随着纳米技术和组织工程学的发展,证明纳米材料和组织工程化细胞型种植材料更有利于形成骨结合。【关键词】口腔种植材料;骨结合;纳米技术;组织工程【中图分类号】R783.4【文献标识码】A【文章编号】1006-5245(2008)增刊-663-03 口腔种植修复技术是上世纪口腔技术发展的一次重大革命,它以其良好的固位、
7、逼真的美观效果,改善了牙缺失患者生活质量和精神状态。在保留和维护健康牙的基础上,恢复咀嚼和美观功能发挥了举足轻重的作用。几十年来,如何使种植材料有利于与骨结合一直是研究的热点。适宜的种植体和对种植体表面的处理被证实可增加骨界面的生物学整合度、生物力学强度及促进骨结合形成,其目的是使种植体与骨界面有更强的抗旋转、抗拉、抗压稳固性,这些对种植体在骨内长期的稳固起着重要的作用1-2。口腔医学的发展与口腔材料学的发展密切相关,而口腔材料学的水平又基于整个材料学的发展,人类对材料的开发研究促进了人类自身的进步。目前,材料学已从观察、解释阶段进入了预见阶段,逐步达到能指定性能材料。材料科学与生命科学 人体
8、科学 口腔医学的交叉,促使传统牙科材料向口腔生物材料过渡3。牙种植材料近年来发展较快。由于新材料与生物技术以及分子、细胞水平的临床基础研究的推动,齿科种植体的研制获得了巨大进展,从原来的义齿种植为基础,扩展应用到了颅颌面部,正形成颅颌面种植的新型工程学4。笔者就近年来种植体材料的发展对骨结合影响的研究作一综述。一、种植材料研究1.生物玻璃陶瓷自Hench5发明与骨有较好相容性的玻璃陶瓷(bio2glass,BG)以来,已相继开发出与骨、牙无机组成相近的磷酸366广东牙病防治 2008年7月 第16卷 增刊 1994-2009 China Academic Journal Electronic
9、Publishing House.All rights reserved.http:/三钙 陶瓷(tricalcium phosphate,TCP)、羟 基 磷 灰 石 陶 瓷(hydroxyapatite,HA)和磷酸钙水门汀(calcium phosphate ce2ment,CPC),其基本成分为HA6,已表明材料具有良好的相容性、骨引导作用,尤其钙磷陶瓷与钛的复合材料,既可获得骨种植结合界面,又能保障材料的强度,促进了骨种植与牙种植的发展。但生物玻璃陶瓷在强度、韧性、可塑性等方面都存在着不足,后来纳米陶瓷的出现使这些不足都得到了较大的改善7。2.纯钛1952年Branemark证明纯钛
10、与骨产生直接持久地结合,骨界面未产生低分化的软骨层,钛长期在软组织中也无吸收和排斥反应,预示钛与组织有良好的生物相容性,Branemark称之为骨整合(osseointegration)8,并率先于1965年把钛人工牙根用于无牙颌患者9。但在骨种植体早期愈合的同时,周围软组织附着速度较慢,影响了种植体早期愈合的成功率。而随后钛种植体表面涂层技术的出现,即底质材料为钛金属,而在其表面涂上一层生物相容性更好的材料,加速了与周围软组织的附着,使种植体早期愈合的成功率得到较大提高10。3.复合材料1984年美国CALCITIK率先推出系列柱状HA涂层种植体I NTEGRAL,其底质材料主要为钛、钛合金
11、及钴铬钼合金,涂层为末状的人工羟基磷灰石晶体11。HA涂层种植体具有羟基磷灰石与金属底质共同的理化性能,充分利用HA良好的生物相容性与金属材料适宜的强度,互为补充。HA涂层植入体与宿主骨具有良好的生物及嗜骨特点(superior bio2logic and osteophilic properties),与其它类型植入体相比,它具有以下优点:植入体与宿主骨之间无纤维组织介入;植入体的周围迅速产生骨适应(fast adaptation of bone)。一般认为,纯晶体结构的羟基磷灰石涂层是生物材料学研究发展的方向12。4.纳米材料自20世纪90年代纳米技术这一崭新的概念提出以来,引起各学科领域
12、的兴趣。随着纳米技术向各个领域的渗透,许多交叉学科应运而生,作为其中之一的纳米口腔医学也取得了初步成果13。从口腔医学领域的一门新技术,发展为一门新兴的学科即口腔种植学。它在一开始就与新材料、新设备、新技术的出现和发展密不可分,也必将与纳米技术紧密结合,并推动口腔种植学的发展。(1)表面纳米技术 表面纳米技术是将一些材料制备成纳米级的粉末固定在物体表面,从而使材料获得一些新功能。2002年Karlsson等10在钛合金种植体表面涂结纳米多孔氧化铝涂层并与人成骨细胞在体外联合培养,生物化学和形态学检测显示:成骨细胞成正常生长,细胞数量增加,植入2 d后纳米涂层可吸附纤维连接蛋白,有利于骨种植体早
13、期愈合。涂层材料与周围软组织形成附着,种植体很快与结缔组织形成接触。这种良好的软组织附着可能是纳米涂层启动了磷酸钙的核化和生长。(2)纳米陶瓷材料 纳米复合陶瓷材料是指在陶瓷基体中加入纳米级第二相颗粒从而使其性能提高。纳米技术的运用克服了传统陶瓷材料的缺点,在强度、韧性、可塑性等方面均得到很大提高。英国著名材料学家卡恩说,纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径7。目前,纳米陶瓷的研究重点是纳米复合陶瓷技术。纳米氧化铝和羟基磷灰石陶瓷材料提高了成骨细胞功能,有良好的生物活性和生物降解性14。氧化铝-氧化锆纳米复合陶瓷具有对微裂纹扩展的高度抵抗性,可用于人工关节修复体。二、材料对骨结合的影响纳米级人工骨
14、材料在宏观尺度上(结构单元可为1100 nm)可以满足不同形状和大小骨缺损的需要。材料孔隙的形态结构和大小为微米级,可以调节骨细胞的迁移生长。其表面化学立体微观尺度为纳米级,可以调节与其接触的骨细胞的黏附、伸展和基因表达15。目前,研究主要集中在纳米陶瓷和纳米复合材料上,如纳米羟基磷灰石、纳米磷酸三钙等,它们有良好的生物相容性和力学机械性能,使其能取代那些在负载时易发生纹裂甚至断裂的传统材料16。由于天然骨是由无机物与生物大分子规则排列组成的复合物,生物成分主要是胶原蛋白和少量多糖,而纳米人工骨微观结构主要是微晶羟基磷灰石,两者有序地结合。因此,如何获得与骨中晶体尺寸相同的纳米级羟基磷灰石,并
15、使之与胶原等组成有机-无机复合材料,就成了纳米复合材料的研究重点17。近年来,随着基因工程的进步,又出现了细胞型人工骨这一新技术,为种植学带来了新的生机,其在体外一定的支架材料上播种和培养所需量的自体或同种异体成骨细胞,这些细胞在支架上分泌细胞外基质,产生所需要的各种细胞因子,植入体内后发生直接多中心性的矿化,以成骨生物性结合方式修复缺损。1998年Breitbart等18从新西兰大白兔骨膜中分离培养成骨细胞,在体外播种于聚羟基乙酸(polygly2colic acid,PGA)支架形成细胞型人工骨,再种植到同系的颅顶骨缺损中,试验结果表明:含成骨细胞的PGA植入组新骨成骨量较单纯的PGA组成
16、骨量显著增加。研究和试验表明:PGA成骨样细胞复合体有较好的生物亲和性和体外成骨能力19。但迄今为止,骨组织工程相关研究仍主要局限在动物试验阶段,尚未见人颌骨组织工程报道。纳米种植体植入颌骨后,分别形成种植体-软组织界面和种植体-骨组织界面。Branemark于上世纪60年代提出骨性整合理论7,认为骨性结合是种植术是否成功和影响长期疗效的关键。成骨细胞生成是良好种植体形成的关键。种植体类型可不同程度影响骨界面的生物学整合程度,影响蛋白附着尤其是纤维连接蛋白,它是可被成骨细胞识别的连接分子,因此成骨细胞对种植体的生物亲和性就成为成骨细胞诱导成功的关键20。纳米种植体HA rhBMP2复合人工骨利
17、用了HA的支架作用和骨引导作用。HA不仅有良好的生物相容性,而且能与纳米级的重组人骨形态发生蛋白整合,可更快地诱导成骨细胞生成,最终与宿主骨完全整合为一体,未发现其中人工骨与骨界面组织间有纤维被囊出现。466广东牙病防治 2008年7月 第16卷 增刊 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/以往在体外试验中,很难在分子水平上对种植体引导成骨细胞的分化与功能进行研究,随着基因技术的发展,近年来对种植体与种植骨界面的认识达到了新的高度。研究表明21:种植体机体性质
18、和表面涂层对成功率有决定性的影响。HA和纳米人工骨有利于成骨细胞的吸附、分化和扩增,提高成骨细胞的活性,并增加与成骨细胞分化有关的调控因子的产生,从而增加了成骨细胞基质的产生,进而促进界面更早的骨产生14。在间充质细胞向成骨细胞系分化时,有一种特异性的转录因子决定着这一过程。这种特异性的转录因子即核心结合蛋白al(core binding factor al,cbfal)。目前,成骨细胞有两个特异性转录已被证实,一个编码骨钙素,另一个即编码cb2fal22。作为一个被识别的成骨细胞特异性转录因子cbfal是最早且 最 具 特 异 性 的 标 志,一 方 面 骨 诱 导 因 子 通 过cbfal
19、促进成骨,另一方面骨诱导因子通过cbfal上调转化生长因子、血管内皮生长因子、骨诱导因子或其受体的表达正反馈调节成骨。目前的研究,某些生物性种植体能通过影响cbfal基因的表达,改善骨界面的生物学特性,启动cbfal结合位点,从而对下游基因的表达调控,其发挥作用的部位在细胞核内,cbfal可与骨钙素基因(Bgp)的启动子区成骨细胞特异性的顺式作用原件(osteoblast specofoc cis acting element,OSE)2结合,发挥成骨作用。姚晖23研制的利用体外培养成骨细胞播种于聚羟基乙酸支架、胶原海绵支架,再植入兔颅骨后发现分化良好的成骨细胞。生化检查,骨引导再生(guid
20、ed bone regeneration,GBR)和各种细胞生长因子如rh2G MP、cbfal相继被检测,用于引导、促进骨创区新骨的形成。三、结束语和展望随着种植材料的不断更新,口腔种植修复技术取得了长足的进步,获得了较满意的效果,已成为一项较为成熟的技术被科学界及人们的生活所接受。但种植技术还需要进一步完善和发展,需要有更多更新的材料被发明应用,使之更易与骨发生结合,提高骨界面的生物学整合度与生物力学强度,延长种植义齿的使用寿命以及提高种植修复的成功率,更加圆满地实现人类拥有第三副牙齿的美好愿望。参考文献1 HR ISTENSEN D K,KAROUSSIS I K,JOSS A.et a
21、l.Oral I m2plants,2003,4(6):6802686.2 ZAGURY R,HARAR I N D,CONZ M B,et al.I mplant Dent,2007,16(3):2902296.3 W IKESJO UM,POL I MEN IG,QAHASHM.Clin I mplantDentRe2lat Res,2005,7(2):1122119.4 NAGAHARA K,MOUR I K,KANEMATUSN,et al.OralMaxillo2fac I mplants,2001,10:1092115.5 HENCH L L.Bioactive ceramics:
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