牙种植可吸收性引导骨再生膜的研究进展

董 研 徐 董 王新木

1(浙江大学医学院附属二院口腔科，杭州 310009)

2(杭州市第一人民医院口腔科，杭州 310006)

引言

在牙种植体植入时，经常因为牙槽骨骨量缺损，导致种植体部分外露，影响种植体与骨的结合，因此限制了种植体应用。近年来引导骨再生技术(guided bone regeneration，GBR)的出现，为局部牙槽骨缺损的患者进行牙种植术提供了可能。由于对骨愈合的高效性及操作简单，GBR成为近年来最具有吸引力的牙种植辅助技术之一[1]。GBR过程中生物膜的性能是关键，其中可降解膜无需二次手术取出，减少了手术感染，有利于种植体颈部龈结合，因此促进了GBR的应用。本文综述了可降解膜在牙种植引导骨再生方面的研究现状。

1 引导骨再生膜材料的要求与分类

1991年Dahlin和Lindhe使用生物膜引导骨再生取得重大突破并提出了GBR的概念[2]。GBR技术是采用生物材料制成的膜，在牙龈组织与骨缺损之间制造一道屏障，阻止成纤维细胞和上皮细胞长入骨缺损区域，以达到缺损区的骨性愈合。GBR可用于即刻种植术中的拔牙窝、牙槽嵴缺损、骨开裂型和洞穿型缺损。理想的GBR膜应有良好的生物相容性、阻止成纤维细胞渗透、降解时间与骨再生过程相匹配、有一定的通透性和可操作性等[3]。为提高骨再生效率，屏障膜尚需有骨传导或骨诱导以及空间维持能力，后者与骨愈合过程中机械稳定性有关。

近二十年来引导骨再生膜的研究及应用，一直是牙种植学研究的一个重要方向。按能否在体内吸收，膜分为两大类。一类是非降解性，需再次手术取出，有伤口裂开感染的可能，如早期使用的聚四氟乙烯膜和硅胶膜，均有足够的强度和刚度及优越的空间保持能力。另一类为可降解的材料，如胶原、几丁糖等天然多聚体膜，而聚乳酸共聚物属于合成多聚体膜。

单一材料构建的膜支架无法同时满足生物相容性、生物活性及一定的力学性能，所以将具有不同优异性能的材料复合或与有诱导组织再生的生物活性因子如BMP2、骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)、富血小板血浆(platelet rich plasma，PRP)、釉质基质衍生物等复合，形成优势互补的复合膜材料将提高骨再生效果[4-5]。

2 可吸收性GBR膜材料

胶原膜和聚乳酸共聚体是牙种植手术中应用较多、效果可靠的两类可吸收膜。另外藻酸钙膜、几丁质膜也有研究报道。

2.1 胶原类膜

胶原膜是GBR技术中应用最早、最广泛和最具标准的一类膜，胶原和以胶原蛋白为主的复合膜对GBR技术的发展与应用起到重要的推动作用[3]。胶原蛋白是脊椎动物的结构蛋白，因为含有细胞的特殊黏附位点Arg-Gly-Asp(RGD)序列而具有良好的生物相容性[6]。天然成熟的胶原蛋白呈绕轴周期性螺旋结构的纤维状，为细胞粘附和大分子的沉积等提供了支架结构。胶原对上皮细胞移动有一定的抑制作用，能够起到良好的屏障膜作用。以往胶原蛋白多从动物组织中萃取，为降低萃取时感染病毒的风险、提高活性和力学性能，利用DNA重组技术生产类人胶原蛋白成为可能[7]。类人胶原蛋白由于其优异的促细胞黏附、生长而被作为一种新型的生物材料应用于仿生人工骨的构建[8]。

胶原膜用于引导骨再生，已从早期单一的形式到与其他材料或与BMP等成骨诱导因子复合。作为异位成骨中BMP的良好天然载体，胶原膜能使BMP维持较长的作用时间。谈[9]等应用胶原蛋白吸附rhBMP-2(recombinant human BMP-2)后形成复合材料，将复合材料在兔背阔肌内预制为异位骨组织后游离移植，修复自体下颌骨体部洞穿性缺损。6周后缺损区呈骨性愈合，修复区的新骨数量和修复后的机械强度，都优于rhBMP-2与胶原蛋白复合材料的直接填充修复。说明骨骼肌中具有成骨分化潜能的间充质细胞，在胶原/BMP复合膜的持续作用下得以向成骨分化[9]。研究还表明，I型胶原自身有一定的骨诱导作用，可降低 BMP的诱导剂量[10]。

胶原膜种类、不同的处理方法，降解时间差异较大，一般为植入体内后2～6月。胶原膜抵御口腔内致病菌污染和机械性能方面存在不足[11]。用于牙种植手术的胶原膜主要有Bio-gide膜和Bioextend膜。研究发现这两种膜的暴露率比较高，GBR术后胶原膜是否暴露对骨缺损区内线形骨的形成、骨与种植体的结合以及新骨的形成三个指标有着显著的影响。胶原膜的结构对GBR效果也有影响。Tal发现具有交联结构的胶原膜比非交联结构的胶原膜，更能抵御软组织向膜内区域的生长，能更好的抵抗细菌溶胶而减少膜降解的可能，但其发生穿孔的机率稍高于非交联结构的胶原膜[12]，两者暴露于口腔环境时受胶原酶和细菌作用加速降解，都不具备良好的抵御能力[3]。

2.2 高分子聚合物类膜材料

由于不能完全排除来自动物组织病毒感染的可能性，高分子合成材料的可吸收膜被开发研究。但降解过程有酸产生，影响骨再生。主要有聚乳酸膜(polylactic acid，PLA)、聚乳酸聚乙醇交酯、聚乙烯乙二醇膜(polyethylene glycol，PEG)及聚乳酸与其他材料的共聚物膜。这些聚合物能为骨原细胞增殖、成骨细胞表达提供环境。

聚乳酸是人工合成的高分子聚酯，结晶度低，在水或血液中可发生溶胀。在体内降解所产生的乳酸单体被吸收入血，最终生成二氧化碳和水排除体外，因此聚乳酸膜具有良好生物相容性。但聚乳酸膜降解过程快，产生的乳酸聚集可能会导致炎症反应和骨吸收。聚乳酸类可吸收膜降解时间为2周～6月。Yang等利用多孔的PLA膜包被BMP-2形成胶囊支架，体外研究显示胶囊释放BMP-2能促进人骨原细胞粘附、转移、扩充和分化，皮下植入后促进了新骨形成[13]。采用聚乳酸膜支架结合自体骨移植修复腕骨骨髓炎术后骨缺损，8周后骨性融合效果非常理想[14]。

PEG凝胶膜降解后无酸性物质产生，作为引导骨再生膜被用于种植体周围骨缺损和控制生物活性因子的释放。Jung等的研究发现，用PEG凝胶修复犬下颌12 mm×8 mm×6 mm体积的种植体周围骨缺损，骨与种植体结合的形态以及再生骨量都比较理想，6个月后垂直骨量增加31% ～38%，与使用胶原膜组没用显著差别。但实验组手术区出现的炎症细胞比使用胶原膜稍多[15]。对患者种植体骨缺损修复的应用也有相似的结果，同时PEG凝胶膜较胶原膜能更好的抵抗来自周围粘膜的压力[16]。单纯PEG降解时间数周至数月，为满足GBR膜数月的要求，PEG常与纤维素复合为三层结构[17]。

商业化生产的高分子聚合物膜有Osseo Quest公司的聚乳酸聚乙醇酸交酯共聚物(PLPG)和Gore Resolut的聚乳酸聚乙醇酸交酯环丙烷碳酸盐膜(LPGTC)。Strietzel在犬下颌骨前部制造骨缺损并使用这两种膜进行GBR进行对比。结果显示，16周之后，PLPG和 LPGTC两者性能相近，都具有GBR的能力，在组织内吸收的时间与胶原膜没有明显的差别。但是在4～8周时，PLPG膜和LPGTC膜引导的新生骨的质量不如胶原膜且有厚而不规则的纤维组织。在12周时，所引导组织内还出现了较多的巨噬细胞，提示可能在降解过程中有酸化的过程，导致炎症的发生[18]。

2.3 几丁质膜及几丁糖膜

几丁质是高分子聚合物，由1000～3000个N-乙酰葡萄糖胺所构成的天然多糖，常与蛋白质结合构成粘多糖，并以这种形式存在于自然界。几丁糖(poly(1，4)，-β-D-glucopyranosamine)是几丁质脱乙酰基衍生物，是自然界中惟一带正电荷的碱性多糖。几丁糖的主要成分氨基多糖与人体细胞外基质结构相似，降解为6个葡萄糖胺分子，能与组织整合[19]，具有优良的生物降解性。几丁聚糖具有明显抑制I型胶原蛋白和加速Ⅲ型胶原蛋白分泌的作用，使扩张后皮瓣纤维包膜中的胶原纤维含量降低[20]。因此，作为GBR膜，几丁糖膜能有效阻止纤维长入骨缺损区。

几丁糖维持成骨细胞外基质蛋白的表达，能加速伤口愈合和骨形成[21]。王新木等将犬成骨细胞接种于自制的几丁质膜，发现几丁质膜对骨细胞生长无抑制作用;膜覆盖犬下颌骨骨缺损区12周后完全被新骨充填，无明显炎症反应和膜暴露[22]。用作组织工程中细胞成长的支架，可与钙磷复合作为植骨材料，但在骨再生初期，其引导快速骨再生方面有局限，发挥作用需要数月至一年[23]。

几丁糖膜降解期短、降解过程产酸，在体内形成炎症反应。相对刚度差，特别在湿环境下吸水膨胀，机械性能下降，影响空间维持。作为GBR膜还需要提高刚度和骨传导性而不仅仅是屏障作用，因此需要与其他有机或无机材料混合。二氧化硅是生物活性玻璃，有骨诱导性。Lee[24]等将具有刚性和生物活性的二氧化硅干凝胶在纳米水平与几丁糖混合，现实了几丁糖膜强度的提高和优越的磷灰石形成能力。当混合膜中二氧化硅干凝胶含量为30%时，得到最好的机械特性和成骨细胞分化。Lee认为在体液环境中，混合膜降解过程中硅离子的释放，形成了硅烷醇基团并做为成骨核心，加快了组织矿化。

除非在超饱和状态下，纯几丁糖没有骨形成能力，因此需要与生物因子结合提高骨再生效果[25]。几丁糖乙酸水溶液与BMP粉混合冷冻干燥，用真空抽吸法吸附于多空的羟基磷灰石孔道，将复合材料植入兔顶骨直径8 mm的全层骨缺损，术后6～8周新骨的形成较单纯的几丁糖明显，同时几丁糖部分降解为胺基，说明羟基磷灰石或几丁糖羟基磷灰石等材料有更好的成骨作用[26]。

2.4 藻酸钙膜

可吸收性藻酸钙膜(Calcium alginate film，CAF)，是藻酸钠经氯化钙固化后凝结的膜。可引导粘膜上皮在其表面爬行生长关闭伤口，在局部粘骨膜相对缺损时应用效果尤佳，在引导骨缺损修复方面有试验研究，但诱导骨量在不同骨缺损区域的效果有差异[27]。藻酸钙膜强度很低，易破碎，种植临床应用尚未见报道。

2.5 其他可吸收膜

自体或异体组织膜是近年来研究较多的材料。由于胶原膜或高分子合成膜的优点几乎被潜在的危险抵消而且由于不含细胞没有成骨能力，因此自体细胞成膜、脱细胞真皮基质等材料得到关注。骨膜有两层，成纤维细胞的外层为软组织提供贴附，内层的形成区域有可分化为成骨细胞的未分化间充质细胞。Mizuno[28]取犬下颌体部骨膜后培养6周，形成一定厚度的膜与PRP凝胶一起注射到种植体周围骨缺损，通过新骨占缺损区的比例，确认骨再生量较单纯PRP凝胶有显著提高。采用异体真皮不仅能引导骨再生还可以与牙龈组织结合，促进种植体周围软组织生长减少伤口开裂，而胶原膜没有引导软组织再生功能的报道，但真皮诱导的软组织增加的长期效果尚不理想[29]。

聚羟基丁酸酯膜(polyhydroxybutyrate，PHB)是原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下合成的热塑性聚酯，是一种可降解的微生物聚酯和能量储存物质，降解产物3-羟基丁酸为血液固有成分，最终产物为CO2和H2O。PHB膜结晶性高、脆性大，降解速度慢，机械性能和热稳定性差，与羟基戊酸酯结合形成PHBV(Poly-hydroxybutyrate-hydroxyVaIerate)复合膜，可弥补不足[30]。Kenar[31]将 PHBV 膜表面固定碱性磷酸酶，诱导了磷酸钙沉积和骨整合;膜表面5 mm的微沟和细胞黏附蛋白能引导成骨细胞选择性的吸附和排列。

3 问题与展望

可吸收性膜还存在诸多问题需要解决：如膜的强度弱、降解过程产酸及成形能力不强等。目前大部分研究关注膜的机械性能、生物相容性及骨再生量，对可吸收膜如何引导或传导骨再生的分子机制研究很少。此外膜降解时形态改变、降解时间、屏障功能丧失时间、降解的中间代谢产物、最终生成物对骨再生的影响以及可吸收膜与生长因子有效结合等还没有被比较研究。单一的天然或高分子聚合物可吸收性膜都不能满足牙种植要求，而载有生物活性物质的复合膜有望在临床中应用。

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