骨替代材料在口腔种植领域中的成骨效果观察

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[摘要]骨替代材料目前已成为拔牙位点保存术、牙槽嵴骨增量术和上颌窦底提升术的主要材料，而羟磷灰石、磷酸钙和生物活性玻璃以其良好的生物相容性、骨传导性、生物降解性、骨再生能力和骨结合率成为骨替代材料的代表。单一成分骨替代材料的诱导骨再生能力取决于材料本身的表面形貌、结构、成分、孔径和孔隙率。按不同比例复合的新型骨替代材料，可使原单一骨替代材料的性能得以互补。骨替代材料与血小板浓缩物的联合应用，可促进前成骨细胞的增殖与分化，激发成骨细胞的活动，促进血管新生，从而利于骨替代材料存活。骨替代材料与生长因子的联合应用，可获得不同程度骨结合和骨改建，增加材料的细胞黏附率，改善支架的力学性能，在骨愈合早期即能促进新骨形成。随着科技的进步，未来骨替代材料的成骨性能日臻完善，在口腔种植领域的应用前景将会更加广阔。

[关键词]口腔种植；骨替代材料；骨再生；骨结合

骨移植材料的应用范围包括拔牙位点保存术、牙槽嵴骨增量术和上颌窦底提升术等，常用的骨移植材料有患者自身骨、同种异体骨和异种骨。自身骨以其骨形成、骨诱导和骨传导性，被作为骨移植材料的金标准；但其来源不足、供骨区术后并发症以及同种异体骨和异种骨的免疫排斥风险等问题，人们目前着重研发具有生物活性和安全性的骨替代材料来代替骨移植材料[1-6]。骨替代材料为一类无机合成材料，具有生物相容性、骨传导性和骨诱导性[7-10]。口腔种植领域应用较广泛的是羟磷灰石、磷酸钙和生物活性玻璃等单一成分的骨替代材料。不同的骨替代材料复合或与血小板浓缩物和生长因子等联合，可提高骨的再生水平[11-32]。本文就口腔种植领域常用的单一成分和复合成分骨替代材料的成骨效果作一综述。

1单一成分的骨替代材料的成骨效果

1.1羟磷灰石

羟磷灰石结构与骨组织的矿化成分相似，具有良好的生物相容性和骨传导性[33]。珊瑚羟磷灰石（coralhydroxyapatite，CHA）是羟磷灰石家族中的一种特殊类型，其内部有互通的多孔状超微结构，具有优良的生物活性。Luo等[34]在118例上颌窦底提升术中应用CHA，新骨形成非常迅速，其多孔结构促进骨细胞和血管长入，种植体获得了理想的骨结合界面和满意的临床效果。Shigeishi等[35]发现，多孔状羟磷灰石在上颌窦底提升术中对前成骨细胞生长起支架作用，可促进新骨形成和骨结合。Canullo等[7]将羟磷灰石与纳米二氧化硅复合成的纳米羟磷灰石硅胶应用于上颌窦底提升术，术后3个月骨结合率达（26.02±5.46）%，证实纳米羟磷灰石硅胶在骨形成早期即可促进成骨。Wang等[36]在将多孔羟磷灰石支架植入到犬背部肌肉组织中发现，不同的多孔支架结构会诱导不同程度的异位成骨，多孔结构在支架的骨诱导性和促血管化中起着重要的作用。多孔羟磷灰石、珊瑚羟磷灰石可在无成骨相关因子的情况下诱导新骨形成。这些磷酸钙盐的骨诱导现象归因于材料的表面形貌、结构、成分、孔径和孔隙率，这些结构使循环系统中骨生长因子如骨形态发生蛋白（bonemorphogeneticprotein，BMP）和前成骨细胞易于停留和聚集，赋予其骨诱导性。

1.2磷酸三钙

磷酸三钙（tricalciumphosphate，TCP）具有优良的生物相容性和生物降解性，是人体硬组织修复的理想材料[37]。β-TCP的结构与骨基质的无机成分相似，骨结合性能良好，常被用于上颌窦底提升术。Stiller等[38]在患者双侧上颌窦底提升术中应用β-TCP颗粒（TCPgranule，TCP-G）和β-TCP油灰（TCPputty，TCP-P）这两种骨替代材料，后者由透明质酸为载体的TCP-G构成。结果显示，这两种骨替代材料在术后6个月仍能活跃地促进骨基质的合成，皆表现出优良的成骨性能和骨结合，可保证口腔种植体的稳定性。Kurkcu等[39]对患者上颌后牙区行种植修复，将β-TCP与牛源性羟磷灰石（bovinehydroxyapatite，BHA）用于上颌窦底提升术；结果显示，新骨形成量BHA组为（30.13±3.4）5%，β-TCP组为（21.09±2.86）%。这两种骨替代材料都具有优良的生物相容性和骨传导性，而BHA的骨传导性更强。Davison等[10]证实：对β-TCP的表面形貌加工处理可增加其骨诱导性；具有超微米级和微米级表面结构的两种β-TCP在体外试验中均具有成骨能力，提高人间质干细胞成骨相关因子的分泌水平，诱导成骨细胞分化；具有超微米级表面结构的β-TCP可诱导肌肉内异位成骨，而具有微米级表面结构的β-TCP在肌肉组织中不能诱导新骨形成。Chan等[40]在羊肌肉植入试验中发现，磷酸钙盐骨替代材料具有骨诱导性，而且其孔隙率越高，骨诱导性越强。

1.3生物活性玻璃

目前常用的生物活性玻璃有传统的硅酸盐（如生物活性玻璃45s5）、磷酸硅酸盐和硼酸玻璃。生物活性玻璃较生物活性陶瓷的骨再生能力强，与骨组织结合的速度较生物活性陶瓷快，其降解产物可刺激前成骨细胞分化为成骨细胞，可促进骨组织从种植体骨结合界面向外生长[3]。Roriz等[11]在犬下颌前磨牙种植窝中分别植入生物活性玻璃陶瓷和生物活性玻璃，组织学和组织形态学显示，两者都能保持牙槽嵴高度，提高钛种植体与骨的结合，生物活性玻璃的骨结合率高于生物活性玻璃陶瓷。生物活性玻璃具有骨传导性，在羊骨缺损模型缺损区植入多孔生物活性玻璃块，整个骨缺损区的骨组织再生速率加快[41]。

2复合成分的骨替代材料的成骨效果

2.1两种骨替代材料的复合应用

不同的骨替代材料的生物活性和成骨性能各有差异。不同的骨替代材料按质量比复合的新型骨替代材料，可使原骨替代材料的性能得以互补。双相磷酸钙（biphasiccalciumphosphate，BCP）是羟磷灰石与β-TCP按不同质量比得到的骨替代材料。羟磷灰石吸收较慢，可作为骨再生的稳定支架；β-TCP溶解较快，释放出的钙和磷离子能促进新骨形成[11]。在上颌窦底提升术和牙槽嵴高度保持等过程中，BCP可维持种植体稳定，促进新骨形成，骨传导性与天然骨相当。Kim等[13]在牙槽嵴重建过程中应用质量分数30%的羟磷灰石和70%的β-TCP，促进了牙槽嵴的骨再生且具有生物安全性；磷酸钙自身无骨诱导能力，改变其理化性质和结构可以得到具有骨诱导性的磷酸钙；1150℃下烧结成的ζ(羟磷灰石∶β-TCP）=5∶1的BCP可在无骨组织区域诱导骨髓间质干细胞异位成骨，有强大的骨诱导性能。在1300℃和1150℃高温之下烧结得到的具有微孔结构的BCP1300和BCP1150，均可在体外诱导干细胞向成骨细胞分化；在动物体内可诱导新骨形成。Song等[17]推测提高BCP中β-TCP的质量，可促进BCP的骨诱导性。将α-半水硫酸钙（α-calciumsulfatehemihy-drate，α-CSH）与多孔磷酸钙（orphouscalciumphosphate，ACP）按ζ(α-CSH∶ACP）=1.5∶1复合，可将其用于口腔种植外科；ACP的磷酸钙溶解性最强，硫酸钙是一种可快速吸收的骨替代材料，故α-CSH-ACP具有生物相容性和可吸收性，在α-CSH中加入ACP增强了α-CSH的成骨能力[20]。Velasquez等[19]在掺入硅酸二钙（C2Si）的α-TCP应用中发现，C2Si可促进细胞在材料表面的黏附和增殖，提高α-TCP的生物活性和生物相容性，增强种植体的稳定性和骨结合能力。

2.2人工骨替代材料与血小板浓缩物的联合应用

由于血小板可释放的血小板衍生生长因子和转化生长因子，均可促进口腔颌面部骨缺损处的骨再生，因此局部使用血小板浓缩物可促进前成骨细胞的增殖与分化，激发成骨细胞的活动，促进血管新生，从而利于骨替代材料存活[20-21]。目前，常用的血小板浓缩物包括富血小板血浆（platelet-richplasma，PRP）和富血小板纤维蛋白（platelet-richfibrin，PRF）。二者皆来源于患者血液，生物安全性高，可促进新骨形成[5,22]。Honda等[23]研制出来的第二代血小板浓缩物——浓缩生长因子（concentratedgrowthfactor，CGF），包含具有骨诱导性的生长因子和骨传导性的纤维基质。PRP、PRF和CGF的作用相似，皆可促进新骨形成，提高种植体与周围的骨结合[24-25]。PRF膜用于即刻种植手术可促进骨组织改建，增加种植体周围软硬组织的稳定性[26]。PRP与BCP联合的成骨速度较仅用PRP的快，骨形成量明显较仅有PRP的多；PRP会加速BCP的血管化，促进骨组织再生[27]。在引导性骨组织再生术中，TCP与PRP联合应用可增加骨矿物沉积率，加速骨组织的愈合[20]。

2.3骨替代材料与生长因子的联合应用

BMP、胰岛素样生长因子和碱性成纤维细胞生长因子等均具有骨诱导性和骨修复能力，在细胞水平上，这些生长因子具有促进间质干细胞、前成骨细胞和成纤维细胞增殖与分化的潜力[28]，而人重组BMP（recombinanthumanBMP，rhBMP）2是骨形成和骨修复中最重要的生长因子[29-30]。BMP2联合血管内皮生长因子可协同促进骨组织愈合[22,31]。BMP2联合碱性成纤维细胞生长因子在体内和体外试验中协同促进骨髓基质细胞的增殖和分化，加速骨组织修复过程[42-43]。以不同孔径的BCP为支架，应用rhBMP2能够获得不同程度骨结合和骨改建，增加材料的细胞黏附率，改善支架的力学性能[30]。以BCP为载体联合BMP2的骨替代材料，在骨愈合早期即能促进新骨形成，BCP+BMP2组的骨增量明显高于单用BCP组[32]。rhBMP2可改善CHA骨诱导性，以CHA为载体联合rhBMP2进行下颌骨缺损重建，rhBMP2+CHA组较CHA组、脱矿冻干骨（demineralizedfreeze-driedboneallograft，DFDBA）组和rhBMP2+DFDBA组表现出更强的骨再生能力[33]。

作者：王晓娜 赵静辉 储顺礼 周延民 单位：吉林大学口腔医院种植中心