牙髓病治疗领域生物材料的研究进展

李峥　杜斌　苗群爱

口腔生物材料是指用于替代或修复各种原因造成外形及生物功能丧失的口腔内组织器官的天然或人造材料。1984年，ISO/TC106制定ISO/TR7405-1997“牙科学-用于牙科的医疗器械生物相容性临床前评价-牙科材料试验方法”国际标准。要求口腔生物材料需符合：①生物安全性；②生物相容性；③生物功能性。安全性和相容性是口腔材料的生物学性能的基本要求，在此基础上，生物功能性要求植入的牙科材料与宿主局部组织的成分有很好的吻合，不损伤和破坏机体生长，能够承受各种力学作用，具备口腔器官所具有的基本功能。世界各国对口腔材料的生物学性能研究越来越重视。

牙髓病和根尖周病是牙体牙髓科临床中常见疾病，通常主要由龋病进一步发展或外伤所致，治疗方法包括活髓保存治疗和患牙保存治疗两类。目前，活髓保存治疗的方法包括：盖髓术、根尖诱导术等，患牙保存治疗的方法主要包括根管治疗、根管再治疗及根尖手术后倒充填等[1]。植入口腔的材料能够融入宿主的生命体系，最终成为宿主的一部分并能够承担宿主的生理功能。要求材料具有良好的封闭性能，防止微渗漏，可用于盖髓治疗；良好的生物相容性能引导牙骨质、牙槽骨再生，可用于根尖诱导成形、穿孔修补治疗；较强的抗菌抑菌性防止再感染，可用于倒充填根尖封闭治疗等。

牙髓病治疗领域的生物材料，即研究与牙髓相关疾病的生物材料，主要包括：矿物三氧化物凝聚体（mineral trioxide aggregate ，MTA）。MTA因其具有良好的生物相容性、持久的封闭性及诱导软硬组织再生等能力而备受关注。2014年被《牙科顾问》（《Dental Advisor》）评为年度最佳牙髓修复材料。此外，还有Ceramicrete， Bioaggregate（BA），Biodentine，EndoSequence（ERRM）等。

1 矿物三氧化物凝聚体（MTA）

1993年，美国加州Loma Linda大学的Torabinejad教授和同事发明了一种用于牙髓病治疗的新材料—矿物三氧化物凝聚体（MTA）[2]。1998年，MTA首次作为分隔根管内外环境的充填材料应用于牙科治疗中，并通过了美国食品及药物管理局（FDA）的认证。

1.1组成成分与性质：MTA由细腻的亲水颗粒组成，主要成分为硅酸三钙[（CaO）3·SiO2]、铝酸三钙[（CaO）3·Al2O3]，此外还添加了无机氧化物。经中子探测微量分析发现：MTA主要由钙和磷离子组成，与牙齿硬组织的离子成份分相同。氧化铋是使MTA具有X线阻射性的成分，其阻射性明显高于牙胶尖和牙本质，在X 线片上与周围组织区分易于辨认。MTA调和后初期呈凝胶状，pH 值为10.2， 固化时间约为4h，固化后pH 值上升至12.5。与氢氧化钙相当，具有较强的抗菌和抑菌活性。

1.2临床应用：MTA具有一定亲水性，在固化时体积略微膨胀，电镜观察其质地为致密、无疏松孔隙的结构，使其具有良好的密闭性[3]。有研究表明，大鼠磨牙MTA直接盖髓后1～ 5天，采用免疫组化法检测TGF-β 1（调节细胞生长和分化的TGF-β 超家族）表达程度，发现其主要表达于穿髓孔下方的细胞中，表达强度呈上升趋势。证明MTA作为一种良好的盖髓剂所形成的牙本质桥优于其他盖髓剂[4]。

用甲基噻唑基四唑（MTT）比色法检测细胞增殖能力的研究表明，高浓度的MTA抑制大鼠牙乳头细胞（RDPC）生长，低浓度的MTA可以促进RDPC的增殖和分化，进而诱导根尖周组织的再生。因此，MTA可作为根尖诱导成形材料应用于临床[5]。

在潮湿条件下，MTA粉剂和蒸馏水调和发生水合作用，其聚合过程中的吸湿膨胀可弥补聚合收缩。在血液污染时，减少了封闭后边缘微渗漏的发生。MTA解决了髓室底穿孔无法隔湿的技术难题，且MTA完全固化后的抗压强度可达70Mpa，故它的封闭性能是其它材料所无法比拟的。它能严密隔绝髓腔和牙周组织，形成一道人工屏障[6]。MTA因具有良好的诱导牙骨质再生能力、优秀的封闭能力及良好的操作性能，目前已广泛应用于根管穿孔的修补[7]。

MTA具有良好的生物相容性和封闭性，可以与牙本质发生化学性粘结，并能促进牙周组织的再生。研究表明，成骨肉瘤细胞（MG-63细胞）的碱性磷酸酶（ALP）在 MTA组活性高，提示该材料能促进成骨细胞的分化，说明MTA是一种极有应用价值的生物活性材料[8]。MTA能促进牙骨质增生，牙骨质可在MTA上方沉积，从而封闭根尖孔，达到治疗目的[9]。

MTA预防性充填治疗后在根尖孔处即刻形成根尖屏障，其中Ca2+能激活周围间质中未分化的幼稚细胞，使之分化成为功能型的结缔组织细胞（成骨细胞、成牙骨质细胞、成纤维细胞），使基质得以形成。Ca2+的存在还能激活三磷酸腺苷酶，该酶可增强牙体组织的钙化作用。同时强碱性能中和吸收细胞的酸性产物，并产生对根吸收细胞不利的环境[10]。然而，MTA成本较高，可致牙齿变色[11]，含有对人体有影响的重金属，硬固时间较长，不易操作不利于提高临床工作效率，易导致充填初期被根尖周组织的液体浸泡、冲刷而流失，影响治疗效果和成功率。

2 Ceramicrete

Ceramicrete是一种自固化具有粘结性的无机磷酸化瓷性材料，最初被用于封闭放射性有害物质，由于其具有高强度和低孔隙率的特点，逐步发展成为骨科和牙科可应用的水门汀。

2.1组成成分：包括：MgO、KH2PO4、3CaO·SiO2&2 CaO·SiO2、CeO2、Bi2O3、Ca10（PO4）6（OH）2等。在硅酸盐与Ceramicrete基质发生化学反应的产物中，MgKPO4为硅酸磷陶瓷提供了高强度的性能，K2SiO3产生的无结构玻璃相填充在基质化合物的空隙中，提高其抗压性和挠曲强度。

2.2临床应用：Ceramicrete在调拌过程中有类似于水门汀的“面团期”，此阶段适于进行充填操作，与MTA调拌过程的湿沙状态相比提高了操作性能，降低了临床治疗的技术敏感性，Ceramicrete快速凝固的特点可防止根尖周组织液体冲刷作用造成充填物流失。Ceramicrete液体流量微渗漏比MTA小，具有更好的封闭性能。Ceramicrete根管充填材料具有良好的操作性能、理想的阻射性能、安全的生物相容性和潜在的生物活性，但还需进一步进行诱导成骨能力实验和动物体内实验[12]。

3 Bioaggregate（BA）

Bioaggregate是一种新的具有生物相容性的纳米生物陶瓷材料。可用于修补穿孔、牙根吸收、根端充填、根尖诱导成形、盖髓，于2006年通过美国FDA认证。

3.1组成成分：其主要成分包括：水合硅酸钙、氢氧化钙、羟磷灰石（HA）、氧化钽和无定形氧化硅。它是磷酸钙硅酸盐水泥粉末用无菌去离子水混合后形成的水合物与羟磷灰石纳米晶体掺入硅酸钙凝胶的纳米复合体。与MTA相比，Bioaggregate不含有毒金属—铝，不会对人体产生毒性反应；不含铁、锰，不会致治疗牙齿变色；用五氧化二钽代替氧化铋，有更好的X线阻射性，生物相容性。而且Bioaggregate含有羟磷灰石，增加材料强度，是纯粹的有生物活性的材料。

3.2临床应用：研究数据表明，Bioaggregate充填人类年轻恒牙比MTA和Ca（OH）2 有更高的抗断裂性，用Bioaggregate作为根管填充材料最为有利[13]。Bioaggregate比MTA有更好的根尖封闭性，可以归因于该粘附在牙本质壁的纳米尺寸的粒子，且具有亲水性[14]。在体外通过直接接触法研究结果显示，Bioaggregate24h后可强烈地抑制白色念珠菌的生长[15]。袁正林等将Bioaggregate、MTA分别与成骨细胞（MC3T3-E1）共培养，结果发现：Bioaggregate和MTA均对MC3T3-E1细胞无毒性作用。与MTA比较，Bioaggregate能够诱导成骨细胞矿化基因COL-Ⅰ等的表达[16]。一项对比MTA和Bioaggregate细胞毒性的研究中，在炎症反应和异物反应方面，Bioaggregate显著优于MTA。因此，Bioaggregate比MTA具有更好的生物相容性[17] 。

4 Biodentine

Biodentine是在2010年9月推出的一个革命性新材料，它是一个集牙本质替代、保存牙髓活力、修复穿孔、修复吸收牙根、根尖充填全功能于一身的生物活性材料。

4.1组成成分：Biodentine是一种高纯度的硅酸三钙粉末，其含有少量二钙的硅酸盐、碳酸钙、氧化锆和氯化钙，用聚羧酸溶液加速其凝固。氧化锆具有更高的X线阻射能力[18]。Biodentine将粉和液体置于胶囊内，经12min调和即可固化，时间短，操作方便，可用于儿童牙齿的治疗。

4.2临床应用：用染料吸光度法体外研究表明，Biodentine的密封性比MTA略差[19]。在PBS缓冲液中，Biodentine和MTA对成纤维细胞有相似的细胞毒性[20]。Biodentine直接置于牙髓上，它可以引起早期的牙本质修复，可能是因为诱导浆细胞中TGF-β1分泌[21]。由于它具有的显著优点及仿生矿化能力，Biodentine很大程度上改变了牙齿的充填和牙髓病治疗，但仍需要进一步的研究来扩展这种材料未来在临床应用的范围[22]。

5 Endosequence（ERRM）

Endosequence根修复材料是一个含钙的预混可注射的新型生物陶瓷材料。

5.1组成成分；由硅酸盐，磷酸二氢钙，磷酸和氧化锆组成。EndoSequence不透射线，具有生物相容性和生物活性。高pH值使其具有抗菌活性[23]。

5.2临床应用：多名学者用MTT比色法检测EndoSequence对鼠纤维原细胞（L929细胞）、人牙龈成纤维细胞、成人人真皮成纤维细胞增殖的影响，从而间接测定材料的生物活性。结果显示，显示EndoSequence在体外有类似MTA的生物活性[24-26] 。

另有研究用逆转录-PCR的方法，比较的EndoSequence和MTA对人成骨细胞（MG-63）的细胞毒性。结果EndoSequence和MTA表现出极低水平的细胞毒性，可以忽略不计[27]。有学者用德尔菲法征求专家意见显示，牙体牙髓治疗最重要的是要“保存现有的牙釉质和牙本质”、“防止继发龋”和“保存牙髓活力”；修复材料最重要的是要能实现“粘接的最优化”、“生物相容性”以及“使技术敏感性降到最低”。解决修复材料与牙髓-牙本质复合体的生物相容性以及预防继发龋是牙科修复材料未来20年的发展趋势。

口腔生物材料是材料科学与生命科学相互渗透和发展的必然产物，以生物材料及其制品为基础的高新科技产业正在迅速发展，而对生物材料安全性和有效性的评价一直是生物材料研究领域的关键。由于生物材料与生物体直接接触，因而生物相容性成为生物材料研究中始终贯穿的主题。但目前，没有一种材料完全具备所有优点。因此，只有有效克服各自缺点，才能成为最具有前景的口腔生物材料。

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[收稿日期]2014-04-25 [修回日期]2014-05-14

编辑/李阳利