引导牙周组织再生的生物屏障膜技术研究新进展*

王佳，路晶晶，倪成励，王昊

1 安徽医学高等专科学校 安徽 合肥 230001

2 合肥工业大学医院 安徽 合肥 230001

3 安徽省淮北口腔医院 安徽 淮北 235000

牙周炎作为一种广泛传播的慢性口腔炎症性疾病，其特征是牙齿支持组织受到不可逆的损伤[1]。症状较轻时可出现牙龈出血、萎缩，严重时则会导致牙齿松动，甚至脱落。牙周炎不仅缺乏美观，且在咀嚼功能上亦会给患者带来诸多不便。因此，牙周炎严重影响患者的生活质量并带给患者负性心理。一项口腔流行病学调查研究显示[2-3]，世界上有超过一半以上的成年人受到牙周炎的困扰。另依据我国第四次口腔健康流行病调查报告显示：我国成年人牙周健康较前一次调查下降10.1 个百分点[4]。因此，如何在临床上找到有效、安全的牙周治疗方法是医护人员的当务之急。引导组织再生（GTR）技术的出现，一定程度上解决了牙周炎的不良影响。GTR 即在牙周手术中采用生物膜屏障技术，阻止牙龈上皮附着在牙齿根面上，阻止结缔组织在牙根面上的增生，从而给牙周膜细胞提供足够的空间，引导附着、迁移并最终形成新的牙周膜复合体，修复破损的牙周组织[5]。临床实践证实GTR 技术治疗效果同生物屏障膜的选择有着直接的关系，但传统的生物屏障膜在机械强度、生物相容性及降解性等方面表现不甚满意。现今，随着技术的不断发展，一些新的多功能性的生物屏障膜接连上市，且临床实践证实较传统生物屏障膜优势十分明显。本文通过查询知网、万方、pubmed 及Scopu 等国内外大型数据库，从传统生物屏障膜的不足以及新的多功能性生物屏障膜的材料、功能、技术及应用等方面展开综述，旨在为GTR 提供新的治疗手段和借鉴。

传统生物屏障膜的不足

目前，临床常用的传统屏障膜可分为两大类，即不可吸收膜及可吸收膜，在生物学性能和力学性能方面两类膜表现各有千秋，但缺陷也很明显。不可吸收膜以聚四氟乙烯为代表，可单用也可和其他材料一起使用，不足之处是材料的不可吸收性，并且刚度较强，故通常需要二次手术取出。而二次手术的创伤势必会对病人的术后恢复造成一定影响，增加再次感染的风险[6]，所以不可吸收膜一般只在有特殊需要的手术中才会应用。可吸收膜以合成聚酯类为代表，优势是吸收好，并具有较好的生物相容性可让骨粉，成骨细胞更好的附着生长[7]，劣势是拉应力较差，通常需要与植骨材料联合使用。因此，良好的生物屏障膜应具备较好的生物相容性、易降解性及较高的机械强度，这样才能更有利于牙周组织细胞的附着、增殖、分化、生长及成熟，而下面介绍的新的多功能生物屏障膜技术在一定程度上有效弥补了传统生物屏障膜的不足[8-9]。

新型多功能生物屏障膜技术

1 强化机械拉伸性的生物屏障膜技术

1.1 功能梯度膜技术（FGM） 所谓的功能梯度膜技术，其设计理念是使膜的内侧面与牙周膜细胞及牙槽骨组织密接，利用膜的外侧面来促进牙周软组织的生长、愈合，并抵抗口腔细菌的定植，膜的内外两面发挥的功能是不同的。此外，功能梯度膜的机械性能更高，膜的结构不易变化，尺寸也能较长时间保持完整性，故而能更好地促进牙周组织的再生[10]。功能梯度膜常设计成3 种形式，即:①经典多层形式，该形式膜在维持机械强度，抵抗外来拉应力方面表现极为优秀，可为牙周组织再生创造稳定、密闭的空间并促使牙周缺损区干细胞向成骨分化，增强新骨的形成能力[11]；②三层形式，三层膜制备方法较为容易，且临床实践亦证实其机械稳定性非常好，如Ku 等人[12]制作的由壳聚糖、聚乳酸构成的3 层膜，该膜2 个外层为壳聚糖，表面粗糙，这样易于牙周细胞的附着，中间层则为聚乳酸，有防止上皮细胞侵袭的作用。细胞学实验证实该形式膜的完整性能保持长达8 周；③变异形式，市场是较为常见的是Bio-Gide 膜，为双层结构，由猪Ⅰ型、Ⅲ型胶原纤维组成。Bio-Gide 膜对自体骨碎片释放的生长因子吸收迅速，从而引导骨再生，且膜的抗拉力效果也明显增强[13]。另外，Ma 等[14]制备的变异形式膜，采用三聚磷酸钠进行交联，膜两侧致密性更好，力学性能也得到了显著改善。总的来说，功能梯度膜较传统功能单一的生物膜机械强度更好，前景也更广阔。

1.2 镁、锌及合金生物屏障膜技术 镁金属体内具有降解性，研究发现若将镁融入生物屏障膜后，不仅生物相容性好，且具有优良的弹性，膜的空间保持能力，完整性得到大幅提升。Barbeck 等[15]将镁膜用氢氟酸处理后，发现其具备了不可吸收膜的机械强度，且组织相容性非常好。Du 等[16]将镁同聚乳酸相结合，制备了一种镁增强膜，研究证实不仅机械性能优良，膜与牙周组织细胞的亲和了也增强了。以上实验充分表明镁基膜是一种潜在的理想膜。锌有促进人体的核酸代谢，并参与细胞凋亡的调节、骨骼生长发育等多种生物学行为[17]，基于锌的以上作用，我们有理由相信锌基膜同牙周组织生物相容性应当较好。Guo等[18]设计出了孔径不同的纯锌膜，结果发现，300μm孔径最适宜，膜的降解速率适宜，机械性能佳，成骨能力基本与钛膜相当，故而锌基膜也是理想的生物屏障膜。合金生物膜方面，王绳[19]研究发现镁合金生物膜相容性高、降解性佳且机械性能适当，其通过定向凝固工艺，将合金纵向晶呈有序规则的胞状枝状结构后，镁合金耐腐蚀性和生物性能大幅上升，在此技术下制备的定向凝固镁合金屏障膜在促进骨再生、生物相容性及成骨能力均较优。因此，基于以上所述，镁、锌及合金生物屏障膜的应用潜力也是巨大的。

1.3 其他无机材料生物屏障膜技术 研究发现，有些无机材料加入生物屏障膜中后，成骨能力及机械拉伸能力均明显增强。羟基磷灰石是一种常见的无机材料，有促进牙周组织细胞黏附和增殖、迁移等作用，且体内吸收度慢[20]。而β-磷酸三钙吸收速率则较快，并有诱导牙周组织细胞与同生物屏障膜之间形成牢固键的效应，若将二者按照一定比例混合，并融入生物屏障膜中，可获得双相β-磷酸三钙生物屏障膜，机械稳定性大增，且在牙周缺损十分明显时也有诱导牙周组织再生的作用[21]。Huang 等[22]将羟基磷灰石同壳聚糖微球融合，获得了弹性、机械强度均较佳的生物屏障膜，实践证实其空间维持能力和仿生功能突出。Zhang 等[23]将硅酸钙、氧化石墨烯及壳聚糖相结合后，膜的机械性能优异，且表现出适当的降解速率和一定的抗菌能力。陈英等[24]采用静电电纺及光交联手段，将明胶同纳米羟基磷灰石均匀融入聚乳酸纤维中，制备出的复合生物膜具有骨诱导性能，且膜的拉伸性能较好，此研究为骨诱导性生物膜的研发具有重要意义。总的说来，将来必有更多的无机材料被发现，若能进一步加强研究，不失为一个技术突破口。

2 载有抗感染成分的生物屏障膜技术

2.1 壳聚糖生物屏障膜技术 研究表明，壳聚糖及其功能性衍生物呈碱性，抗菌活性强，生物相容性好，且无毒、无害，安全性高。口腔环境中，微生物众多，微环境失调时必然会诱发口腔感染，因而，壳聚糖生物屏障膜的使用必然兼具引导组织再生及抗菌的双重作用。梅杰等[25]在探究壳聚糖及姜黄素纳米复合物（CS-Cur）之于变异链球菌影响一文中明确表明，CS-Cur 能够抑制变异链球菌，有成为新的防龋药物的潜力。聚乳酸在牙周组织再生中经常被使用，但酸性环境对牙龈缝隙的形成与功能有一定影响，而聚乳酸降解后PH 会进一步降低，导致牙周感染加重[26]。此时若将壳聚糖融入聚乳酸支架中，可有效改善其亲水性，减少酸的形成。另外，田宇航等[27]研究表明，在骨缺损的临床治疗过程中，若将壳聚糖生物材料支架植入缺损部位，聚乳酸支架生物相容性及可降解性提升明显，且安全性高。基于以上表述，壳聚糖生物屏障膜兼有抗菌活性及生物相容性好两大优点，这在Ho等[28]载有壳聚糖的纳米球具有抗菌并修复牙槽嵴缺损的作用研究中最终获得了证实。聚己内酯机械拉伸性和生物相容性均较高，但降解和吸收均较慢，而疏水性、结晶性则较好。明胶价格低廉、生物活性高，缺点是机械性能差，降解迅速。 研究发现若使用壳聚糖将两层聚己内酯和明胶纳黏合，先制作成多功能复合支架，再进一步而改造为屏障膜，促进牙周组织的再生效用明显。 最后需要说明的是，壳聚糖的不足之处是缺乏骨诱导性及传导性[29]，一般要同其他分子（如生长因子、羟基磷灰石等）结合才有促进牙周组织再生的作用。

2.2 纳米粒子生物屏障膜技术 纳米颗粒为可降解的聚合物，可用作载体，在与抗生素结合后，抗菌性能更优秀，且具有不易耐药的特点。纳米颗粒的抗菌性主要同载有的抗生素成分有关。如翁璐婷[31]研究发现，载有抗菌药物的纳米粒子若采用乳酸杆菌外膜予以包裹，可构建一种新的防龋纳米载药系统，在介导防龋药物在生物膜内的富集和传递发挥重要作用。银纳米粒是一种具备抗菌效应的纳米材料，其能通过多重机制如释放金属离子、损伤细菌细胞壁及细胞膜、细菌内渗透及DNA 损伤等[32]发挥抗菌效应。因此将纳米载药系统或银基纳米材料同生物屏障膜相结合，必然能够制备出纳米生物屏障膜，并且此技术可为研究新型功能性屏障膜提供借鉴价值。基于此设想，Seo N 等[33]将氧化锌纳米颗粒与聚己内酯膜相融合，实验结果发现该生物屏障膜可显著抑制牙龈链球菌的黏附。而利用静电纺丝技术得到的聚乳酸、明胶及氧化镁纳米粒子的复合纳米纤维膜，膜的机械性能改善明显，并同时兼具优异的抗菌性能。而有研究显示[34]，同样利用静电纺丝技术，将纳米材料硅酸盐融入聚乳酸-聚乙醇酸纤维中后，可制备出双功能结构纤维膜，这种生物屏障膜对于促进牙周组织再生效果显著，且具有更好的拉伸强度及生物相容性，有助于牙周组织细胞的黏附及生长，促进成骨和血管的生成，从而修复缺损牙周。

3 其他生物屏障膜技术

研究发现，FGF-2 是牙周组织再生的重要信号因子，其可通过同受体结合，发挥促进细胞增殖、分化、附着等效应，显然，若将其搭载在生物屏障膜中，对于诱导成骨分化及新血管形成必然有效。国外一项文献报道[35]表明载有FGF-2 水性聚氨酯纤维膜，仿生功能强，且膜的降解可控、机械性能佳，能够模拟GTR膜的血管化，持续释放FGF-2 进而促进牙周组织再生。骨形成蛋白（BMP2）是一种可诱导骨和软骨形成的重要生长因子，有研究发现当双面生物屏障膜中载有BMP2 后，膜具有可吸收性及骨诱导成形能力。Oh等[36]制备的载有BMP2 的非对称多空聚内酯屏障膜，能够释放BMP2 长达20 周，对于促进骨形成效果显著。近年来，3D 打印技术为临床解决牙周组织缺损的修复提供了新的研究方向。如刘佳怡等[37]将PLA（聚乳酸）和nHA（纳米羟基磷灰石）复合后形成的支架材料在人体及动物实验的成骨性方面研究，取得了比较理想的成果，且研究结果证实不同比例的复合支架膜均无细胞毒性，安全性非常高，当两者比例为3:1时的复合支架膜在进行犬牙周GTR 术后效果最好，临床应用研究价值潜力较大。NESIC D 等[38]将明胶、弹性蛋白及透明质酸钠三种物质通过3D 打印获得屏障膜，在实验中发现其具有引导牙周组织再生，促进细胞黏附的作用，且稳定性和弹性优良。此外，具备可调节仿生功能的肽分子也给予屏障膜的生物功能，如促使内源性祖细胞的归巢及分化。且其可在紫外线下聚合聚二乙炔，进一步加强牙周组织细胞黏附和分化能力，这种功能化生物膜的技术一方面聚集并诱导祖细胞，另一方面发挥着屏障的作用[39]。

小 结

GTR 技术现已广泛用于牙周组织缺损的修复治疗，从传统的不可吸收膜发展到可吸收膜，再到现今层出不穷的多功能新型生物屏障膜，可以说这些都是归咎于新型材料的发现、新兴技术的发展。但是，我们必须认清的是目前对于牙周组织再生的屏障膜的技术研究仍处于初级阶段，远未达到临床理想状态。展望未来，今后应加强吸收性能好、效果更佳的膜材料及制备技术研究。