生物陶瓷在活髓保存术中的应用现状

张梦霖，李 毅

(吉林大学口腔医院儿童口腔科，长春 130021)

牙髓是一种被坚硬的牙本质包绕的结缔组织。深龋、外伤或牙体预备、备洞过程的医源性露髓常会导致牙髓损伤。牙髓损伤的治疗方法一般可分为两种：根管治疗术和活髓保存术。根管治疗后的牙齿易发生牙根折断及牙冠变色，尤其对于年轻恒牙，其牙根的完全发育、根尖封闭有赖于活髓。因此，尽可能保存活髓在牙体牙髓病的治疗中显得尤为重要[1]。活髓保存术是在牙髓组织受损或暴露时，将具有治疗作用的盖髓剂覆盖在近髓处或暴露的牙髓组织表面，形成一种保护性的屏障，发挥抑制牙髓感染、促进第三期牙本质形成的作用，维持牙髓活力。而利用生物材料作为盖髓材料促进第三期牙本质形成，可提高活髓保存术的成功率，且已在临床得到广泛应用。鉴于传统氢氧化钙盖髓剂抗压程度和密封性差、促牙本质桥形成能力和抗菌作用局限等缺陷，近年来生物陶瓷作为一种具有优良生物学性能的陶瓷化合物盖髓剂，在活髓保存术中体现出良好的促牙本质形成能力及抗菌和封闭性能，目前已广泛用于活髓保存术中。现就生物陶瓷材料盖髓剂的分类及其在活髓保存术中的作用效果予以综述。

1 活髓保存术与第三期牙本质

活髓保存术的目的是治疗可逆的牙髓损伤。在治疗过程中，牙髓组织创面的愈合和表面硬组织的形成是术后感染长期控制和维持牙髓活力的先决条件。牙髓和牙本质均来源于牙乳头，在牙体发育过程中联系紧密，称为牙髓牙本质复合体。牙髓牙本质复合体的主要作用是分泌牙本质，其能通过自身防御反应适应各种刺激以保持自身活力。同时，牙髓还能够重新启动成牙本质过程以保护自身免受外部伤害和损伤[2]。成牙本质细胞是在牙胚发育期间由上皮和间充质组织之间的相互作用诱导间充质细胞分化而来[3]，其可以表达形成牙本质有机成分的特定基因产物，这些产物将形成高度矿化的牙本质细胞外基质[4]。牙髓牙本质复合体在受到外界刺激时可在对应的髓腔内侧形成修复性牙本质或反应性牙本质，即第三期牙本质。当牙髓牙本质受到的刺激较弱时，牙髓侧的健康成牙本质细胞分泌基质矿化形成反应性牙本质；当外界刺激较强烈时，成牙本质细胞则发生变性、死亡。研究表明，当牙体受损剩余牙本质厚度<0.25 mm时，成牙本质细胞数量减少23%[5]，这时由受刺激侧的牙髓细胞分化形成成牙本质细胞样细胞分泌基质，进而形成修复性牙本质[6]。第三期牙本质的形成对阻止外界有害刺激进入牙髓，防止牙髓感染和维持牙髓活力具有决定性意义。

研究表明，牙本质细胞外基质含有多种生物活性分子，包括生长因子(转化生长因子-β1)、细胞外基质分子(骨钙素、牙本质涎磷蛋白)等，它们能通过成牙本质细胞或成牙本质细胞样细胞刺激牙本质分泌活性[7]。而生物陶瓷材料[三氧化矿物凝聚体(mineral trioxide aggregate,MTA)、iRoot BP、Biodentine等]能通过激活促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶、核因子κB、p38促分裂原活化的蛋白激酶等信号通路，促进生物活性分子释放，刺激牙髓细胞成牙向分化，形成第三期牙本质[8]。按照生物学性能，生物陶瓷材料可分为3类：①生物惰性陶瓷，如氧化锆、医用碳素等，结构稳定、强度较大；②生物表面活性陶瓷，如羟基磷灰石；③生物可降解性陶瓷，如磷酸三钙、可溶性钙铝系等[9]。

2 生物陶瓷材料盖髓剂在活髓保存术中的应用

2.1钙硅类

2.1.1MTA MTA呈沙砾样，主要由波特兰水门汀组成。最初商品化的MTA为灰色MTA，包括ProRoot MTA Gray(1988年、美国)、MTA Angelus (Angelus公司、巴西)等，其因含较多氧化铋、硫酸钙而呈灰色，故不宜在美学要求较高的前牙中使用。而后期白色MTA(ProRoot MTA White、MTA Angelus White)中的氧化铋和铝铁四钙的量大大减少，硅酸钙水平升高，更适合用于前牙[10]。

与氢氧化钙类盖髓剂相比，MTA具有良好的生物相容性、封闭性能及生物活性，可促进形成更均匀、更厚的牙本质桥并减轻牙髓炎症反应。Hilton等[11]将MTA与氢氧化钙对比进行活髓保存术后发现， MTA用于直接盖髓的成功率高于氢氧化钙。张琳[12]发现，MTA材料对促进年轻恒前牙本质桥形成及牙根发育、根尖封闭的能力均优于氢氧化钙。

MTA的缺点为其抗炎作用只针对某些特定的细菌，对专性厌氧菌无效，且MTA凝固时间较长、操作不方便，易造成牙冠变色[13]。在使用白色MTA的过程中，如有血液污染、与次氯酸钠接触等也会造成牙冠变色[14-15]。虽然MTA一旦凝固，便不会继续溶解吸收，产生的微渗漏较氢氧化钙少[16]，但由于其不能粘结到牙本质上[10]，所以与牙本质间仍会出现不同程度的微渗漏。此外，MTA价格昂贵，限制了其在临床的使用。

2.1.2MTA类材料

2.1.2.1iRoot BP和iRoot BP Plus iRoot BP和iRoot BP Plus是加拿大创新生物陶瓷公司研发生产的新型盖髓材料，其主要成分为硅酸钙。两者成分相似，剂型不同：iRoot BP为注射糊剂、iRoot BP Plus为膏体[17]。

iRoot BP和iRoot BP Plus具有强碱性，它们对感染根管中的粪肠球菌、白假丝酵母菌等常见致病菌的抗菌性较强[18]。两者均具有良好的生物相容性能，对牙髓组织毒性刺激较小，且可以促进它的生物矿化和再生。Zhang等[18]分别用iRoot BP Plus、BioAggregate和MTA培养人牙髓细胞发现，iRoot BP Plus的细胞毒性作用较MTA小，且其促进牙髓细胞成牙本质细胞样分化的作用优于MTA。Öncel Torun等[19]在实验中也观察到，iRoot BP促进人牙髓细胞成牙本质细胞样分化的作用较MTA强。此外，iRoot BP Plus盖髓后可以形成同MTA盖髓后类似甚至更厚的钙化桥[20-22]。iRoot BP Plus具有良好的粘结性，能与牙体组织紧密连接；iRoot BP的反应需要水参与，血液的存在不会影响材料的固化，也不会导致牙冠变色[17,23]。Jeevani等[24]采用染料渗透法评价iRoot BP的封闭性能，王密等[25]通过对比iRoot BP和MTA修复髓室底穿孔的封闭效果，均发现iRoot BP的封闭性能优于MTA。黄伟曼等[26]在iRoot BP Plus和MTA用于年轻恒牙直接盖髓的临床疗效观察中指出，iRoot BP Plus在封闭性、粘结性、生物组织相容性、促进生物矿化和诱导牙本质分化等性能上有明显优势。可见，与MTA相比，iRoot BP和iRoot BP Plus临床使用时有可减少患者就医次数、操作简单、不导致牙齿变色等优点。但目前相关报道极少，所以需要更广泛的临床研究来确定其疗效。

2.1.2.2BioAggregate BioAggregate的成分主要包括硅酸三钙、硅酸二钙、磷酸钙单体、氢氧化钙、羟基磷灰石、氧化钽和无定型二氧化硅等。就组成成分来看，BioAggregate与MTA基本相似，但BioAggregate采用氧化钽作为放射线阻射材料，取代了MTA中的氧化铋，避免了有害成分(铝)的释放，将对人体的毒害降至最低[27-28]。

Zhang等[29]将BioAggregate与MTA的抗菌性进行对比发现，它们对牙髓病中常见粪肠球菌的抗菌能力差异无统计学意义。但在BioAggregate硬固过程中，其中的亲水颗粒可促进骨水泥的形成，从而具有良好的封闭作用。胡雅静[30]在BioAggregate、MTA、氢氧化钙三种材料直接盖髄的动物实验中发现，BioAggregate、MTA盖髓后形成的修复性牙本质较氢氧化钙更厚、更均一，封闭效果更佳。但因MTA有不易操作、硬固时间较长、费用昂贵等问题，所以BioAggregate被认为是MTA可能的替代品[30]。但目前有关BioAggregate应用于直接盖髓的临床报道较少，临床效果有待进一步证实。

2.1.2.3Biodentine Biodentine是双组分材料，其中粉剂主要由硅酸三钙组成，液剂包括氯化钙促凝剂和减水剂[31-32]。使用时，将其粉剂和液剂混匀后，部分硅酸钙材料溶解形成水合硅酸钙，沉淀在剩余未溶解硅酸钙颗粒表面上，降低材料的孔隙率和增加其抗压性[33]。有学者在体外实验中将Biodentine与荧光材料混合后放置在未经任何处理(酸蚀)的牙本质切片上，通过激光共聚焦显微镜和扫描电镜观察Biodentine与牙本质界面的微观结构，结果显示Biodentine渗透进牙本质小管，形成标签样结构[34]。牙本质与Biodentine界面下的牙本质小管被矿化晶体堵塞，具有良好的微观机械固位作用和边缘封闭效果。

Nowicka等[35]分别采用MTA和Biodentine用于第三磨牙直接盖髓，观察6周后发现，这两种盖髓材料的下方均出现牙本质桥且牙髓未出现炎症反应。随后，他们又采用血管造影术评价了Biodentine、氢氧化钙、MTA盖髓后形成的牙本质桥密度和体积，结果发现Biodentine组形成的牙本质桥更为均匀连续，总体密度和厚度更佳。有临床试验将Biodentine和MTA应用于活髓保存术后发现，两者的成功率均较高且差异无统计学意义[33]。但Biodentine和牙本质结合后可渗透到牙本质小管中，形成矿化晶体堵塞牙本质小管，降低牙本质小管的渗透性和减少小管内液体流动，同时Biodentine可减少牙源性疼痛受体的表达和功能的发挥[36]，减少促炎细胞因子分泌，降低活髓保存术后疼痛和敏感的发生率。Biodentine组成成分中没有MTA中的阻射剂成分氧化铋，临床应用观察48个月后发现，其不会导致牙冠变色[37]。此外，Biodentine较MTA还有凝固时间短的优势。缺点主要为临床应用时，因其固定的调拌方式，使用时较浪费[38]。

2.1.2.4TheraCal TheraCal是一种光固化的盖髓材料，是由改良的树脂和硅酸钙盐组成的单糊剂。有文献报道，盖髓材料中钙离子的连续释放是诱导牙髓干细胞增殖分化的主要原因，钙离子可以调节骨桥蛋白和骨形态发生蛋白-2水平，释放钙离子提高焦磷酸酶的活性，有助于维持牙本质矿化及牙本质桥的形成[39]。实验发现，与氢氧化钙和MTA相比，TheraCal释放钙离子的时间更长，释放量更大[40]。但由于TheraCal的水合反应较少或不完全，其形成的氢氧化钙较Biodentine和MTA少，又因为其组成成分中树脂成分中多达50%的甲基丙烯酸单体双键在树脂聚合物中未反应，所以当非聚合单体从材料中渗透出并作用在牙髓上时，TheraCal会对牙髓细胞产生细胞毒性[41]；同时可抑制牙本质磷蛋白、牙本质涎蛋白、牙本质基质蛋白等的分泌及其在内质网中的积聚[42]。由于这些蛋白参与了矿化过程，故抑制它们的分泌可能导致TheraCal用于盖髓术中所形成的牙本质桥减少且不连续[43-44]。

2.2钙磷类 磷酸钙类材料是一类主要由钙、磷组成的生物材料。这类材料的组成成分与牙本质组成成分相似，具有良好的组织相容性。

2.2.1CEM(calciumen enriched mixture) CEM是富含钙的混合物，它与MTA在组成成分上最大的不同为含有磷酸盐。CEM可以提供非常丰富的钙、磷离子，这些元素在羟基磷灰石的形成中发挥巨大作用[45-46]。CEM的粉末颗粒粒径较MTA小，且具有更为优良的封闭性能、流动性及合理的薄膜厚度，故有效缩短了固化时间[46]。同时，CEM与MTA具有相似的生物相容性及诱导细胞成骨或成牙向分化的能力，且能增强矿化相关基因的表达。临床上将CEM用于活髓保存术后发现，年轻恒牙牙根继续发育，根尖封闭；而完全发育的恒牙牙髓症状消失，故得以保存活髓[47-48]。Mehrdad等[49]通过组织化学和放射线方法发现，CEM盖髓后在盖髓处形成的牙本质桥均匀连续，且新形成的第三期牙本质中牙本质小管排列规律。

2.2.2纳米羟基磷灰石 纳米羟基磷灰石是颗粒直径为1～100 nm的羟基磷灰石，具有较普通磷灰石更好的物理化学性质，如溶解度提高、表面能增大、生物活性更好、微渗漏小等。其颗粒小，易与组织结合，可诱导早期牙本质桥形成。邱伟等[50]在关于纳米羟基磷灰石直接盖髓诱导牙本质桥早期形成的试验中观察到，纳米羟基磷灰石诱导早期牙本质形成的能力与氢氧化钙相比差异无统计学意义。当纳米羟基磷灰石用作盖髓剂时，其覆盖下的牙髓组织炎症反应和坏死程度较轻[51]。这证明了纳米羟基磷灰石用作盖髓剂的可行性。但纳米羟基磷灰石的抗弯强度低、脆性大、无抑菌作用等缺点，在一定程度上限制了其临床应用。针对这种缺点，有研究者将纳米羟基磷灰石与生物大分子结合形成聚合物。佟玮玮等[52]等将纳米羟基磷灰石与聚酰胺66结合用作盖髓剂观察到，纳米羟基磷灰石/聚酰胺66作为盖髓剂对牙本质细胞的诱导能力强，血管扩张程度小，且其降解产物己二胺和己二酸等有很好的抗菌作用，相比单纯使用纳米羟基磷灰石效果良好。

纳米中空羟基磷灰石因具有中空内核和多孔外壳结构，比表面积大，被认为是药物分子和其他生物活性因子的良好载体。Wang等[53]通过模板法合成了由纳米颗粒组成的羟基磷灰石中空微球，他们将辛伐他汀载入微球构成体外缓释系统发现，其具有良好的载药率和包封率，以及药物缓释性能。动物实验发现，合适浓度的载辛伐他汀中空羟基磷灰石缓释微球可以有效抑制牙髓组织炎症反应，有利于完整的修复性牙本质形成[54]。这为纳米羟基磷灰石在活髓保存术中的应用提供了更多研究思路。

3 小 结

生物陶瓷类材料在封闭性、粘结性、生物组织相容性、促进生物矿化和诱导成牙本质分化等性能上有显著优势，但它也存在凝固时间长、促进牙髓-牙本质再生的能力有限等问题。且其强碱性在诱导牙髓组织形成牙本质桥的同时会引起一部分组织坏死，而这部分坏死的组织会始终保留在形成的钙化桥中导致其形态缺陷，产生微渗漏[55]。近年来，生物活性分子在第三期牙本质形成过程中发挥的重要作用逐渐被发现，如转化生长因子-β超家族的生物活性分子(转化生长因子-β1、成纤维细胞生长因子-2和牙本质基质蛋白-1等)能在较轻的炎症反应初期诱导第三代牙本质形成[56]。然而，单独使用生物活性分子时，给药方式受到限制，难以维持局部有效浓度和长期效果，临床应用成本较高等缺点限制了它们在临床的应用。有学者将生物陶瓷类材料负载具有生物活性的小分子物质形成缓释系统后用于活髓保存治疗，如载转化生长因子-β1/血管内皮生长因子的硫酸钙/羟基磷灰石半水化合物[1]、载辛伐他汀的中空羟基磷灰石[53]等。未来，在强化新型生物陶瓷材料生物学性能的同时，应进一步研究复合生物活性材料盖髓剂。