牙本质作为骨移植材料的研究进展

赵彬彬 仲维剑 马国武

大连医科大学口腔医学院附属口腔医院种植科 大连116021

牙槽窝位点保存，颌骨的修复和移植物的成功植入不仅对美观至关重要，也是功能性义齿修复的必要条件[1]。由外伤、牙周病、肿瘤等原因造成的骨量不足给后期的临床工作带来了巨大挑战，因骨量不足而需要植骨的患者数量增多，研发性能优异的骨移植材料成为了科研人员和临床医生需要迫切解决的问题。

近年来，随着口腔材料学的不断发展，不同类型的骨代用材料被应用于修复牙槽骨。具有生物相容性、可降解和骨传导性的人工合成材料是最常用的生物材料，例如：羟磷灰石、磷酸三钙和生物活性玻璃等。然而，成骨缓慢、吸收时间长、价格较高等因素限制了其应用。自体骨因富含多种生长因子具有优异的骨诱导、骨传导和骨生成作用，不引起免疫排斥反应，被认为是最佳骨移植材料，但存在来源有限、吸收率高达50%[2]、二次创伤和供骨区域疼痛、感染等缺点[3‑4]。异种和异体骨来源丰富，可根据缺损部位与形态修饰成需要的形状，修复个性化骨缺损[5]，但存在传播疾病和移植物排斥反应的风险，且制作工艺复杂，费用较高[6]。由此可见，各种骨代用材料都各有优缺点，因此寻找一种新型骨移植材料成为了骨再生领域的研究热点。

牙本质因和骨组织都富含矿物质，并且有着相似的物理化学结构，形成机制也非常的相似，两者都是由富含胶原蛋白的有机基质和板层状磷灰石晶体组成的，在牙本质和骨的形成过程中，成牙本质细胞和成骨细胞在矿化前沿与细胞之间分泌一种未矿化的富含胶原蛋白的基质分别称为前牙本质和类骨质，磷灰石晶体沉积的时候，前牙本质和类骨质被矿化[7]。以上特性使其成为骨移植材料成为可能，且牙本质来源于不能保留的牙周病患牙或正畸减数牙以及第三磨牙等，经过处理后能被应用于骨再生，这样患者易于接受并且节省费用。

本文就牙本质在骨再生领域中的基础研究和临床应用作一综述。

1 牙本质的物理化学性质与成骨机制

牙本质是由成牙本质细胞分泌的构成牙主体的硬组织，由牙本质小管和细胞间质组成，主要功能为保护内部的牙髓并支持表面的釉质[8]。牙本质中的无机物成分主要为羟磷灰石，与骨组织相似，无机物中还含有少量的磷酸三钙、磷酸氢钙、非晶磷酸钙和磷酸二钙脱水，这5 种生物磷酸钙植入体内时发生交互作用，可以促进骨的重塑功能[9‑10]。微量元素有氟化物、碳酸钙、镁等，无机物含量占牙本质质量分数的70%，其余20%是有机物，10%为水[11]。有机物的组成中90%以上为Ⅰ型胶原蛋白，还含有少量的Ⅲ型和Ⅴ型胶原蛋白。胶原蛋白可作为骨再生的支架，并可以容纳矿物质。Ⅰ型胶原蛋白和磷灰石晶体不仅为新骨生成和细胞附着提供优良载体，也为生长因子发挥作用提供空间支架作用。牙本质非胶原蛋白中最重要的是牙本质磷蛋白和牙本质涎蛋白，它们可以调节矿物质的沉积，稳定、启动和抑制矿化过程，并且可以促进骨的钙化[12]。

在牙本质中发现了很多生长因子，有转化生长因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子等，这些生长因子在诱导新骨生成和促进骨改建以及创伤修复中发挥了重要作用[13]。牙本质中还含有由成纤维细胞形成的骨形态发生蛋白，能诱导未成熟的间叶细胞向成骨细胞转化，进而转变为新生骨组织[14‑15]，是骨细胞形成过程中非常重要的生长因子，其中的骨形态发生蛋白2 对未分化间充质细胞和骨系细胞有进行集聚和分化作用，并且还可以使成纤维细胞和成肌细胞逆向分化，使之成为骨系细胞[16]。骨形态发生蛋白促进新骨生成作用效果确实，但是由于其半衰期较短，不能长期维持有效浓度，降低了诱导新骨生成的能力[17]。牙本质基质可以作为骨形态发生蛋白的缓释系统，使骨缺损区的骨形态发生蛋白不断释放，可以长期维持骨形态发生蛋白发挥作用的有效浓度，并与上述生长因子联合作用，可以有效促进骨再生[18]。

2 牙本质的处理及制备方法

2.1 自体牙本质的制备

自体牙本质处理方法一般为快速手机去除牙的釉质、牙骨质、牙髓、牙周膜以及牙周纤维等，然后将牙齿在骨磨中粉碎成颗粒，后在专业的机器中进行脱水、脱脂、脱矿或不脱矿、灭菌处理等就可以应用于临床，由于是自体组织，不存在传播疾病的风险，并且可以根据缺损的部位来选择合适的牙本质的形态和大小。

2.2 异种牙本质的制备

为弥补自体牙本质数量的不足，科研人员开始在动物实验中探索异种牙本质能否应用于临床。因牙本质中含有胶原蛋白、脂类、蛋白多糖等潜在抗原性物质，并且成牙本质细胞突起也能引起免疫排斥反应[19]。所以为了提高成骨活性，避免感染和移植物排斥的风险需要对异种牙本质进行处理，常用的方法有煮沸、冷冻干燥、煅烧、脱矿等，这些方法均能不同程度地促进骨缺损区的愈合。

煮沸法是运用高温使酶失活的原理，使蛋白等抗原性物质失活，从而避免免疫排斥反应，Moharamzadeh等[20]将拔出的小牛牙齿通过根尖孔去除牙髓，并用快速手机去除牙周韧带和釉质，用研钵和研杵将牙本质粉碎成小块，在蒸馏水中煮沸2 h，在异丙醇中回流2 h，蒸馏水清洗后在100 ℃下风干，最后研磨成小颗粒粉末，植入大鼠股骨中，观察到经过煮沸法处理的牙本质颗粒具有良好的生物相容性，不引起炎症反应，具有骨传导性。

冷冻干燥法是将含有水分的物体冷却至晶点以下，使物体中的大部分水变成冰，剩余的水和物体成为非晶态，将冻结的物体在真空环境中低温加热，逐渐使冰升华实现干燥，经过以上处理的物体可以在密封环境中长期保存。王方[21]将拔除的前磨牙和磨牙立刻放入超低温冰箱中，在-80 ℃中储存3个月初步降低其免疫原性，取出后刮除牙周膜、拔髓，快速手机去除釉质、牙骨质，在超声中用去离子水进行荡洗，清洗好的牙本质放入17%的乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetra‑acetic acid，EDTA）中浸泡5 min，然后去离子水超声荡洗10 min，再放入EDTA 中清洗，这个过程进行3 次，将牙本质放入三氯甲烷和无水乙醇的混合溶液中浸泡2 h 后过蒸馏水清洗，经过2 h的预冻处理，降温除水后移至真空冷冻干燥机中干燥72 h，真空包装后经Co‑60辐射灭菌，然后室温保存，使用前将处理好的牙本质置于水中浸泡30 min 完成复水过程，将牙髓干细胞膜片聚集体分别与冻干牙本质、未经处理的牙本质和羟磷灰石复合后在裸鼠的皮下移植，8周后进行组织学观察发现，冻干牙本质和未经处理的牙本质同样具有诱导人来源牙髓干细胞向成牙本质细胞分化的能力，并且在体内可以再生牙髓牙本质复合体，具有良好的生物相容性。

煅烧法是将牙齿经过高温煅烧处理，烧结成粉末状的羟磷灰石颗粒，可以为骨细胞成长提供支架，有着良好的生物相容性，但缺点是粉末状的颗粒流动性强，黏附效果差。Huang等[22]将临床上收集的牙齿去除软组织和釉质，用蒸馏水和75%的乙醇依次在超声波中清洗，在烧结炉中以每分钟5 ℃的速度加热至800 ℃烧结牙本质，用研钵、研杵和筛子将烧结后的牙本质研磨成250～500 μm 的颗粒，最后通过18.1～22 kGy 剂量的γ 射线照射进行灭菌，植入雄性新西兰兔颅骨制备的圆形骨缺损中，经过1、2、8 周时间观察发现，每个时间点新骨生成量均高于对照组，证明经过煅烧的牙本质具有与天然羟磷灰石相似的物理化学性质，并且这种方法处理的牙本质对细胞没有毒性作用，具有高度的生物相容性。

脱矿法是将无机物部分或全部去除以改善牙本质基质的成骨活性。Minamizato等[11]将患者的第三磨牙拔除后去除软组织、牙石、牙冠修复体和牙根充填物，用磷酸盐缓冲溶液冲洗2 次，使用特定的机器在陶瓷杯中用冰块压碎牙齿为400～800 mm 的颗粒，并用氯化钠溶液冲洗，在pH=1的2%硝酸溶液中脱钙10 min，然后在氨丁三醇中冲洗2 次，持续10 min 备用，用于上颌窦外提升植骨，术后运用X 线评估骨生成量，术前平均高度为7 mm，术后3 个月平均高度为15.7 mm，术后4 个月观察到植骨区密度减小，宿主骨与移植物之间的边界变得模糊不清。并且在之前的研究[23]中证实了与矿化牙本质相比，成骨细胞在脱矿牙本质基质（demineralized dentin matrix，DDM）表面具有更好的附着性。

DDM 是指含有10%～30%羟磷灰石、骨形态发生蛋白等非胶原生长因子和磷酸三钙的酸性不溶性胶原支架[24]，这种方法因去除了无机物，牙本质小管会变得更宽，并作为释放必需蛋白质的通道[25]，可以使牙本质中的生长因子和骨形态发生蛋白快速地释放，促进成骨细胞的成长和分化，可以加快新骨的生成，并且对材料的吸收有促进作用。

许多动物实验[26]表明，脱矿牙本质在4周时开始进行骨诱导，而未脱钙牙本质在8～12 周才开始进行骨诱导，未脱钙牙本质的延迟诱导特性可能与磷灰石晶体阻碍了骨形态发生蛋白的释放有关。缺点是材料由于脱去了部分或全部矿物质导致材料吸收过快，不能维持空间支架作用，这与牙本质的脱矿程度有关，而且脱矿法制备的牙本质由于使用硝酸等药物存在一定的危险性，并且制备方法复杂，不同的制作方法导致实验结果差异明显。Koga等[23]将人牙本质制备成直径为200、500、1 000 μm 的颗粒，每组根据脱矿程度再分为未DDM 组、部分DDM 组（脱矿70%）、完全DDM组，分别植入大鼠颅骨缺损区，经过4和8周，通过显微CT 和组织学观察发现完全DDM 组大部分被吸收，未脱矿组没有吸收，这两者诱导较少的骨形成，而不同直径的部分脱矿组诱导了更多的新骨，尤其是1 000 μm 直径的，说明不同脱矿程度和不同粒径的牙本质颗粒诱导新骨生成的能力不同，需要进一步研究确定临床上最适合的脱矿程度和直径。

自体和异体牙本质均可以根据术区部位及具体情况用快速涡轮机和骨磨、骨筛将牙本质制成粉末状、颗粒状、片状或者块状。

3 颗粒状牙本质在临床中的应用

3.1 自体颗粒状牙本质的应用

目前，自体牙本质颗粒在临床上已经得到了广泛应用，如拔牙窝位点保存、即刻种植后跳跃间隙植骨、引导骨再生术、上颌窦提升术等多个领域。

在引导骨再生术方面，Li等[27]将自体脱矿牙本质颗粒应用于即刻种植后引导骨再生并与Bio‑oss 骨粉组进行比较，在术后即刻、术后6 个月和18 个月3 个时间节点进行对比，发现两者在种植体稳定性和边缘骨吸收率方面无明显差异。Kim等[28]的临床研究发现，运用自体牙本质进行引导骨再生术后的3～6 个月，牙本质颗粒逐渐吸收，并被46%～87%的新生骨所替代，实现了优异的骨重塑。

在牙周骨缺损修复方面，孙娟斌等[29]将垂直型牙周骨缺损患者分为2 组，一组采用自体牙本质颗粒，另一组采用Bio‑oss 骨粉，2 组材料分别植入骨缺损区并覆盖胶原膜，术后3、6、12 个月回访，结果发现：两者骨缺损修复效果明显，牙周袋深度和附着丧失显著减少，但两者临床效果无明显差异。该研究证实了自体脱钙牙本质基质与自体骨有很高的相似性，可以促进新骨的生成而不产生免疫排斥反应，是比较接近自体骨的优质骨移植材料。

在上颌窦提升术方面，Pohl等[30]将6 名上颌后牙区骨量不足的患者用上颌第三磨牙制作的牙本质颗粒用于上颌窦内提升术，3 个月后延期种植，并用套筒钻取种植位点的骨进行组织学观察，结果发现牙本质被部分新生骨包裹，牙本质颗粒有部分吸收，并且见许多新生血管生成；5 年后随访，种植体保持稳定，探诊无出血，种植体周围龈袋深度在1.86～2.07 mm。该研究结果提示：这种材料可作为上颌窦提升术中优异的骨移植材料，为患者节省费用，长期效果良好。崔婷婷等[31]将未脱矿的第三磨牙常规处理后在骨磨中粉碎成直径 为0.5～1.0 mm 的 颗 粒，经 过Bonmaker 机 器（KDS 公司，韩国）A、B、C 液处理20 min，上颌窦外提升植入窦底高度为4 mm 的上颌磨牙区，1年后随访发现旧窦底骨皮质被新窦底取代，新骨生成并完成骨改建。

3.2 异体颗粒状牙本质的应用

为了解决自体牙本质数量上的不足，近年来提出了家族性牙移植材料，它具有很多优点，用家族成员的牙齿作为移植物，基因组成相似，可以把感染和排斥反应的影响降到最低，有报道显示，在父母、兄弟、姐妹、子女间进行同种异体移植物治疗，若组织相容性抗原一致，则特异性抗原免疫反应会延迟或降低。Lee等[32]将患者儿子的第三磨牙制成的牙块移植物用于上颌窦提升术，取得了良好的初期稳定性和骨结合。Kim等[33]将5名儿童的正畸牙齿用于他们父母、兄弟、姐妹的植骨术中，均得到了良好的修复效果，并未发生排异反应。这些研究均提示，家族性牙移植材料具有一定的临床使用价值，但其效果和可行性需行进一步研究。

4 非颗粒状牙本质的应用

4.1 牙片屏障即刻种植术（socket shield technique，SST）

运用片状的牙本质可以很好地维持前牙的轮廓，因为上颌前牙唇侧骨板菲薄，前牙拔除后如果任由拔牙窝自行愈合，往往会发生唇侧骨板的塌陷。有报道[34]显示，上颌前牙唇侧骨壁基本由束状骨构成，90%唇侧骨板的厚度＜1 mm，50%以上位点的厚度＜0.5 mm。Schropp等[35]证实，上颌前牙拔除后会引起牙槽骨的吸收和改建，牙槽骨宽度在1年内会丧失50%，这对前牙区美学修复造成严重威胁。

2010 年，Hürzeler等[36]报道了SST，手术操作步骤为：首先将临床牙冠去除至平齐唇侧牙龈缘，然后偏腭侧预备种植窝洞，拔除多余的牙片并仔细搔刮根尖病变，修整唇侧的牙片使之位于牙槽嵴顶上1 mm，厚度为1～2 mm，长度为6～8 mm，最后植入种植体，种植体平台与唇侧牙片高度一致，旋入愈合基台固定唇侧牙片。Hürzeler等[36]在动物实验中观测到唇侧骨板通过牙周膜与牙片相连，牙槽嵴顶没有破骨细胞形成，甚至有新生的编织骨形成，种植体与牙片之间有新骨形成并发生骨结合，并不是与牙片直接相连，在一些区域观察到新生牙骨质沉积在种植体表面，同时在部分区域可见到非晶体矿化组织和结缔组织。这种技术无需额外的骨移植材料，操作微创，为软硬组织再生提供了空间维持的支架作用，使唇侧外形得到有效维持，临床应用前景广阔。Bäumer等[37]对10例上颌第一前磨牙进行SST，进行5年随访观察发现唇侧轮廓变化程度较低，龈缘退缩程度与邻牙相当，有效地保留了面部组织轮廓。在Gluckman等[38]的研究中对128例行SST的患者进行4 年随访，结果发现，植入物修复后存活率为96.1%，联合并发症发生率19.5%（25/128），5 枚种植体因未成骨而移除，其余20 枚种植体在进行处理后存活。

4.2 未脱矿自体牙根作为骨移植材料

研究者在动物实验和临床研究中发现了未脱矿的块状牙根与自体骨有很高的相似性。Schwarz等[39]将8只猎狐犬双侧下颌前磨牙和磨牙拔除，在距嵴顶5 mm 处制备3 个标准化的骨缺损模型，每只犬有6 个缺损区，将拔除的每颗牙齿去除牙冠、牙骨质，并将根分为两半，用钛钉固定牙根，每个缺损区固定1 个牙根，快机修整过锐部分，一期关闭创口，12 周后进行观察，见牙根与宿主骨周围界限不清，融合为一体，组织学观察可见，钛钉与牙根之间的牙本质逐渐吸收并被新生骨替代，拔除的牙根显示了结构力学和生物学潜力，可作为替代自体骨的自体移植物。Schwarz等[40]还进行了一项临床研究，将30 名患者分别用自体牙根和下颌骨外斜线处自体骨进行水平骨增量，26周后测量牙槽骨宽度，牙根组平均为10.06 mm，自体骨组平均为9.2 mm，两组间差异无统计学意义。

4.3 脱矿自体牙根作为骨移植材料

自体脱矿的牙根也可用于种植植骨术，它是一种与牙槽骨有着相同的组成和几何结构的三维支架。Kim等[41]将人自体牙根在表面打孔（直径为0.2 mm），随后将自体牙根在专用机器中进行完全脱矿但保留牙根形态，根据手术中植骨部位修整成适宜的形态，同期植入种植体周围骨缺损中，并未放置固位钉和膜；44 个月后进行随访，结果发现植骨区形态和体积基本保持不变，种植体边缘骨吸收很少；组织学观测分析，自体脱矿牙根具有骨诱导和骨传导性。

5 牙本质与其他再生材料的混合应用

在目前的研究中，为了加快骨生成，常将牙本质和其他再生材料联合应用，常用的有富血小板纤维蛋白等生长因子。富血小板纤维蛋白是富含血小板和白细胞的生物材料，富含多种生长因子，可以促进血管生成和成骨细胞的增殖，还可以抗感染和降低局部免疫反应，促进软硬组织的再生。将胶冻状的富血小板纤维轻轻挤压后与牙本质颗粒混合可以显著提高成骨效率。靳夏莹等[42]将自体牙本质颗粒与富血小板纤维蛋白联合应用于上颌窦外提升术中，Bio‑oss 骨粉组作为对照组，结果发现2 组均成骨效果良好，没有明显差异。一些学者[43‑44]也先后把经煅烧处理的牙本质和富血小板纤维蛋白联合应用于兔颅骨缺损中，均验证了其良好的生物相容性和骨传导性，有效地促进了骨再生。

6 展望与不足

牙本质的骨再生效果良好，但是在修复骨缺损时是否应该盖膜问题上还有明显的欠缺，引导骨再生术通常会在移植物表面覆盖一层胶原膜或钛膜，防止软组织长入骨缺损区并竞争性抑制骨细胞的生长，还可以在缺损区域形成一个良好的三维支架，隔绝外界刺激。但是是否应该盖膜，覆盖可吸收胶原膜还是不可吸收钛膜，临床上常引发争议。对于使用牙本质作为骨移植材料是否应该盖膜的问题长期以来并未深入研究，2013 年有学者[45]将种植手术同期需要进行骨引导再生术的患者分为2 组，共20 例患者30 枚种植体，2 组都使用自体牙骨移植材料，一组覆盖可吸收胶原膜，另一组不盖膜，2组在术前、术后对比牙槽骨高度变化、新骨生成量、骨吸收量和术后并发症方面差异没有统计学意义；因此得出结论：使用自体牙本质作为骨移植材料，盖膜和不盖膜效果相同。但有学者[46]不认同这个观点，他们认为膜的使用在引导骨再生术中是有利的，可以实现缺损区的机械稳定性并可以防止移植材料的微动，这对骨再生非常重要。关于牙本质使用过程中是否盖膜的问题，目前研究还不明确，需要进一步深入研究。

自体牙本质骨移植材料是在2008 年应用于美国、日本、韩国等国家，临床骨再生效果良好，在我国仅在部分地区应用，并未大规模推广，原因有以下几点。1）我国并没有像韩国那样设立牙齿银行，牙齿的储藏有一定的要求，将拔除的牙齿放入冰箱中冻存，通过特定的自体牙骨移植材料制备系统将其粉碎，然后经过脱脂、脱水、部分脱矿、冻干、环氧乙烷灭菌后运送至医院使用，这种成品的牙本质可以在室温中储存5 年以上[47]。有学者[48]预计成品的牙本质在液氮中可以保存10年以上。2）在临床诊疗过程中，大部分的患者没有把拔除牙齿保留下来的意识，这些牙齿拔除后就成为了医疗废物，这就寄希望于未来口腔医生的宣教，让保存拔除牙齿成为常规。3）经过不同处理方法，如不同直径、不同脱矿程度的牙本质，成骨效果不同，临床操作指南中并未出现有关牙本质作为骨移植材料的操作方法，未来推广这项技术的任务将任重而道远。

综上所述，牙本质不仅具有良好的生物相容性，且具备骨传导和骨诱导作用，使废弃的牙齿得到了有效的再次利用，动物实验和临床研究均证实了其良好的骨再生效果，是一种用途广泛的骨移植材料，未来研究的热点在于临床上改进牙本质处理工艺，如缩短操作时间和简化制作过程，规范化地处理牙本质来进一步提高利用率及成骨效果。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。