掺锶10%透钙磷石骨水泥修复兔下颌牙槽骨缺损的效果*

闫玉婷，李忻畅，田景瑞，梁永强#

1)华北理工大学口腔医学院正畸科 唐山 063000　2)华北理工大学基础医学院 唐山 063000



掺锶10%透钙磷石骨水泥修复兔下颌牙槽骨缺损的效果*

闫玉婷1)，李忻畅1)，田景瑞2)，梁永强1)#

1)华北理工大学口腔医学院正畸科 唐山 0630002)华北理工大学基础医学院 唐山 063000

掺锶透钙磷石；骨缺损；碱性成纤维细胞生长因子；牙槽骨；兔

目的：探讨掺锶10%的透钙磷石骨水泥修复下颌牙槽骨缺损的效果。方法：家兔27只，随机分成3组:透钙磷石骨水泥组(DCPD组)、掺锶10%透钙磷石骨水泥组(掺锶10%组)及空白组，每组9只。3组家兔双侧下颌牙槽骨均制备骨缺损，然后DCPD和掺锶10%组分别植入透钙磷石骨水泥和掺锶10%透钙磷石骨水泥，空白组缺损处不植入任何材料。于第4、8、12周时观察离体标本、CBCT结果，免疫组化法测定组织切片中b-FGF的表达。结果：CBCT显示掺锶10%组和DCPD组缺损区均完全修复，掺锶10%组早于DCPD组，空白对照组缺损区未修复。4周时掺锶10%组b-FGF的表达高于DCPD组(P<0.05)。结论：掺锶10%透钙磷石骨水泥可促进软骨形成和骨化过程，可用于修复下颌牙槽骨的缺损。

目前由外伤、肿瘤切除、感染、畸形导致的颌骨缺损越来越常见，对骨缺损修复材料的需求越来越多。在骨组织替代材料中，磷酸钙骨水泥对骨再生具有重要的意义[1-2]，可根据生成物不同将其分为透钙磷石(DCPD)和羟基磷灰石。DCPD与骨组织有相似的无机盐成分，在生理条件下有较高的溶解度，能促进新骨生成，亦可作为抗生素的载体应用，但降解过快在很大程度上限制了其作为骨替代材料的临床应用。锶(Sr)是人体内必需的微量元素之一，大部分存在于骨骼和牙齿中。研究[3]表明，低浓度锶具有很好的组织相容性和生物降解率，可促进骨基质的合成及成骨细胞的成熟和矿化，有利于骨骼重建和骨小梁数量的增加。锶能在促进骨形成的同时抑制骨吸收，维持骨量趋向增加的动态正平衡[4]。因此，作者尝试以低浓度锶替代DCPD骨水泥中的钙离子，形成新的修复材料掺锶DCPD，观察其修复牙槽骨骨缺损的效果，为临床应用提供理论依据。

1　材料与方法

1.1骨水泥的制备DCPD骨水泥以β-磷酸钙、一水磷酸二氢钙(分析纯，天津光复精细化工有限公司)为原料，加入适量抑制剂反应而成；按锶/(锶+钙)为10%在DCPD骨水泥中加入氯化锶，生成掺锶10% DCPD骨水泥；调拌入模形成骨水泥块(华北理工大学口腔医学院实验室)。一抗b-FGF购自BD公司，批号为N.610072；SABC免疫组化试剂盒购自武汉博士德生物工程公司。

1.2实验分组家兔购买、饲养于华北理工大学实验动物中心，实验经华北理工大学伦理委员会审核通过。家兔均为雌性，4月龄，体重2.5 kg，同一环境饲养。将家兔随机分为3组，分别为DCPD组、掺锶10%组和空白组，每组9只，进行双侧下颌无牙区牙槽骨缺损的制备[5]：家兔给予200 g/L乌拉坦5 mL/kg耳缘静脉麻醉，兔侧卧于手术台，备皮，沿口角紧贴下颌骨上缘皮肤处作一长约 15 mm切口，暴露双侧下颌牙槽骨门齿上端无牙区域(FTDI)并分离、保护颏神经，分离骨膜，在颏孔前1 mm处顺下颌骨向门齿方向做长10 mm、宽4 mm、高3 mm的骨缺损。DCPD组和掺锶10%组将消毒好的相应水泥块置于缺损处，分层缝合。空白组不植入任何材料。

1.4统计学处理采用SPSS 17.0进行数据分析。3组离体组织中b-FGF表达水平的比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验，检验水准α=0.05。

2　结果

2.1大体观察所有实验动物术后恢复清醒，2 d后进食正常，状态良好，伤口无感染，未见红肿、流脓等现象，所有修复体均未见排出体外。术后4周时，空白组缺损明显，缺损区有少量纤维组织；DCPD组和掺锶10%组骨缺区及周围有大量纤维组织包裹。术后8周时，空白组缺损区为凹坑状，断端不连续；DCPD组缺损大部分修复，表面不光滑、稍凹于边界；掺锶10%组缺损已基本修复，表面为光滑、连续的骨组织。术后12周时，空白组缺损区为口大底小的碗状结构，无骨性连接，断端硬化,缺损长度约为7 mm；余两组表面外形良好，骨皮质连续，与正常骨组织表现无差别。

2.2CBCT表现术后4周时，空白组缺损区边缘清晰可见；DCPD组骨水泥未溶解吸收，且与骨组织交界清晰，密度明显低于周围骨组织；掺锶10%组修复材料溶解充填缺损区，骨与材料交界模糊，密度低。术后8周时，空白组缺损底部及边缘有一薄层密质骨，未修复缺损外形；DCPD组缺损基本修复，但最外层骨皮质并未连续，部分表面不光滑，内层松质骨密度低；掺锶10%组缺损完全修复，表面光滑，皮质骨连续，与正常骨组织结构无异。术后12周时，空白组缺损未完全修复，仅有少量密质骨形成，断端硬化；余两组骨缺损修复完全，恢复正常骨组织结构。见图1。

从上到下分别为:空白组、DCPD组、掺锶10%组；从左到右分别为：术后4周、术后8周、术后12周。图1　CBCT检查结果

2.33组离体组织中b-FGF的表达情况b-FGF主要表达于骨小梁周围骨髓间充质干细胞、成骨细胞等的胞质，阳性表达时呈棕黄色。术后3组具体表达情况见图2、表1。

A:空白组；B:DCPD组；C:掺锶10%组；1：术后4周；2：术后8周；3：术后12周。图2　3组不同时期b-FGF的表达情况(SP,×200)

表1　3组b-FGF阳性表达部位MOD值的比较

*:与空白组比较，P<0.05；#:与DCPD组比较，P<0.05。

3　讨论

实验选用家兔下颌牙槽骨制作缺损模型更贴合颌面外科遇到的临床情况，空白对照缺损处12周并未修复，模型缺损为极限缺损，符合实验要求。DCPD是由β-磷酸钙和一水磷酸二氢钙加水化合而成，操作简单，材料易得。反应过程中添加了焦磷酸钠和乙醇酸，二者均能调控骨水泥的固化过程，可为长时间的手术提供便利；并且酸根能抑制β-TCP粒子的溶解，减缓DCPD的降解，延长锶的作用时间。按锶钙比将氯化锶掺入到反应物中，经检测其以磷酸氢锶的形式存在，即锶替代DCPD中的钙继而刺激成骨，且当DCPD降解吸收形成羟基磷灰石时，锶在晶体中的位置并不改变。有研究[6]表明锶的加入能增加羟基磷灰石的强度，该强度与锶的浓度呈正相关。前期MTT实验[7]结果提示，锶的浓度超过20%时，MC3T3-E1细胞计数较掺入浓度为5%和10%组显著降低，因此此次实验DCPD中的锶浓度选用10%。

b-FGF在人体组织包括骨基质中广泛存在，可以刺激未分化间充质细胞增殖和分化, 促进成骨细胞分裂[8], 刺激成骨细胞骨钙素增加，加快骨的矿化。免疫组化结果显示，早期缺损处有大量间充质细胞充填，b-FGF在聚集的细胞中表达较强，8周和12周时表达明显减弱，提示b-FGF主要作用于早期的成骨过程。掺锶10%组在术后4周时b-FGF的表达高于空白组和DCPD组，表明以磷酸氢锶形式存在的锶在动物体内发挥了良好的诱导成骨的作用，可促进早期成骨。羟基磷灰石等人工骨具有良好的成骨能力,作为支架具有骨传导作用,但要成为理想的骨替代材料尚缺乏良好的骨诱导作用。该实验从大体结果到免疫组化染色结果均显示掺低浓度锶的DCPD具有较好的骨缺损修复效果。推测其原因有：锶元素在体外细胞学实验中就表现出良好的刺激成骨细胞增殖和抑制破骨细胞分化的作用；随着DCPD骨水泥的溶解吸收，锶逐渐释放到缺损区域，促进成骨；释放的锶又能吸引其余部位的钙入骨，诱导成骨。实验发现，8周时DCPD组骨痂中存在较高比例的软骨, 但同一时期掺锶10%组已基本完成了软骨内成骨, 随后b-FGF因子水平降低，无法再诱导软骨基质的钙化。

总之，掺锶10% DCPD骨水泥较好地修复了下颌牙槽骨缺损，结果可能与b-FGF表达增加有密切关系。然而，该实验并未对作用机制和具体作用信号途径做更深研究。今后将从分子机制方面做进一步研究，为临床应用提供实验依据。

[1]ROY M,DEVOE K,BANDYOPADHYAY A,et al.Mechanical and in vitro biocompatibility of brushite cement modified by polyethylene glycol[J].Mater Sci Eng C Mater Biol Appl,2012,32(8):2145

[2]杨孝勤,陈军,马伟群,等.可注射性磷酸钙骨水泥修复下颌阻生第三磨牙微创拔除后牙槽骨缺损[J].四川生理科学杂志,2014,36(3):105

[3]王薇,张玉梅.不同掺锶浓度羟基磷灰石涂层对成骨细胞生物学行为的影响[J].牙体牙髓牙周病学杂志，2010,20(2):71

[4]FONSECA JE.Rebalancing bone turnover in favour of formation with strontium ranelate:implications for bone strength[J].Rheumatology(Oxford),2008,47(Suppl 4):iv17

[5]鄂玲玲,王东胜,师占平,等.一种新型的兔牙槽骨缺损模型的建立[J].中华老年口腔医学杂志,2011,9(3):137

[6]BARRALET JE,GROVER LM,GBURECK U.Ionic modification of calcium phosphate cement viscosity. Part Ⅱ: hypodermic injection and strength improvement of brushite cement[J].Biomaterials,2004,25(11):2197

[7]梁永强. 电化学沉积掺锶透钙磷石涂层的实验研究[D]. 北京：中国人民解放军医学院, 2014.

[8]KAWAGUCHI H,KUROKAWA T,HANADA K,et al.Stimulation of fracture repair by recombinant human basic fibroblast growth factor in normal and streptozotocin-diabetic rats[J].Endocrinology,1994,135(2):774

(2015-11-12收稿责任编辑王曼)

Study of repairing rabbit mandibular alveolar bone defect with 10% strontium-containing brushite bone cement

YANYuting1),LIXinchang1),TIANJingrui2),LIANGYongqiang1)

1)DepartmentofOrthodontics,CollegeofStomatology,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan0630002)CollegeofBasicMedicalSciences,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063000

strontium-containing brushite;bone defect;b-FGF;alveolar bone;rabbit

Aim: To evaluate the ability of repairing bone defect with 10% strontium-containing brushite bone cement(DCPD). Methods: Twenty-seven female rabbits were randomly allocated into three groups(n=9):DCPD group, doped 10% DCPD group(10% strontium), blank control group. Rabbits were defected in bilateral mandibular and implanted corresponding materials except the blank control group. The conditions of detached tissue, CBCT and the expression of basic fibroblast growth factor in biopsy tissue were investigated and recorded respectively in the fourth, eighth, and twelfth week. Results: CBCT indicated that defected parts of the two experimental groups were completely repaired, while the blank control group was not. The expression and distribution of basic fibroblast growth factor in the osseous tissue in 10% strontium group was much higher than the DCPD group in the fourth week(P<0.05). Conclusion: 10% DCPD may be helpful to promote cartilage formation and ossification process, which is supposed to be applied in bone-defect repair.

10.13705/j.issn.1671-6825.2016.05.015

，男，1971年7月生，博士，副教授，副主任医师，研究方向：口腔正畸学，E-mail:lych810@foxmail.com

*河北省教育厅重点项目ZD2015016

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