颌面部大段骨缺损修复策略的研究进展

王宇波，任笑春，季 平，，3

（1.重庆医科大学附属口腔医院，重庆，401120；2.口腔疾病与生物医学重庆市重点实验室，重庆，401120；3.重庆市高校市级口腔生物医学工程重点实验室，重庆，401120）

1 大段骨缺损的定义

大段骨缺损在有的文献中也被称为“临界骨缺损”“极量骨缺损”。骨缺损的病因是多种多样的，伴有软组织和骨膜剥离的高能量创伤（特别是在严重的开放性胫骨骨折中）、爆炸伤、需要广泛清创的感染和肿瘤切除都可能导致严重的骨缺损[1]。目前尚未有对于大段骨缺损统一的定义。一般来说，“临界大小”的缺损被认为是不能自行愈合、需要进一步的手术干预如自体骨移植的缺损，文献中一般认为大段骨缺损长度大于1-2cm、骨周长损失超过50%[1]。然而，这受到缺损的解剖位置和其周围软组织的影响。骨不连与临界骨缺损是不一样的。在骨不连中，细胞和分子信号通路以及生物力学稳定性受损，与大段骨缺损相比，后者通常有足够的生物力学稳定性[1-3]。

有许多因素影响骨缺损的自发愈合能力，其“临界大小”取决于绝对大小和相对大小、是否有周径骨丢失、解剖位置（骨干/干骺端/关节）、软组织、患者年龄、是否存在慢性疾病或其他并发症[1-3]。大段骨缺损需要骨重建，金标准是髂骨移植[1]。自体骨移植有许多缺点，因此确定哪些缺损在不需要额外治疗的情况下能自然愈合至关重要。当人们比较股骨和胫骨节段性缺损的预后时，就可以看到解剖位置的影响。股骨节段性缺损通常具有良好的软组织环境，且6-15cm长的节段性缺损的自发愈合已被报道[4]。相比之下，有报道称胫骨缺损大小大于1-2cm，超过皮质骨周长的50%，却又缺乏自发愈合[5,6]。在一项临床试验中，1125例患者中有37例（3%）有临界大小的缺损，长度大于1cm，皮质骨直径缺失超过50%，然而，47%的患者在没有其他干预的情况下能达到自体愈合[3]。在Haines的一项研究中，用髓内钉治疗开放性胫骨骨折，缺损大小和感染与否是主要的决定预后的因素，并且影像学上骨缺损间隙不到2.5厘米的患者同期就能达到54%的愈合水平，而缺损大于2.5厘米的患者则不会[7]。

总之，对于大段骨缺损的定义和治疗目前尚未达成共识。判断是否是大段骨缺损的标准仍是能否发生自发愈合。

2 大段骨缺损的动物模型

许多大段骨缺损模型已被用于评估骨移植替代物的疗效。这些模型可分为四大类，包括节段性长骨缺损、颅骨缺损、部分皮质骨缺损和松质骨缺损(钻孔)[8]。其中，节段性长骨和颅骨缺损模型已被广泛用于临界尺寸缺损骨愈合的基础研究[8]。小动物模型(小鼠、大鼠和兔子)因为成本较低，更容易被伦理接受，通常用于基础研究或筛选实验。此外，当人们打算将异种异体资源(人间充质干细胞、人富血小板血浆、人骨髓浓缩液等)应用于动物的大段骨缺损时，也使用了免疫缺陷小鼠和大鼠[9-14]。与小动物相比，大型动物(狗、猪、山羊和绵羊)具有与人类相似的优势，包括解剖学、生理学和生物力学特性，以及相似的构建缺损的外科手术；大型动物适合进行更高级的临床前实验[15]，但它们价格昂贵，需要更多的时间和精力来进行护理。

小鼠和大鼠通常被用作股骨或颅骨大段骨缺损的模型。兔已被用于桡骨或尺骨缺损模型[17]。在大型动物中，羊是常用的大型动物物种，用于模拟大段长骨缺损，最常见于胫骨[16，17]。狗、山羊和猪也被使用，但它们的长骨与人类的长骨相比相对较短[15，17]。股骨和胫骨大段骨缺损需要使用固定技术进行固定，例如外固定支架、钢板、螺钉或髓内钉。有趣的是，在桡骨和尺骨骨缺损模型中，由于桡骨和尺骨通过骨间膜牢固地连接在一起，骨缺损无须任何固定装置即可稳定下来[16,18]。此外，颅骨骨缺损模型不需要任何稳定装置。

长骨和颅骨有很大的不同[19]。长骨来源于侧板中胚层，主要通过软骨内成骨形成，而颅骨是扁骨，来源于近轴中胚层和神经嵴，主要通过膜内成骨形成。这些骨骼的血管供应也很独特。长骨有三种血供来源:营养血管、干骺血管和骨膜血管[20]。营养血管通过各自的孔进入骨内，到达髓腔，分布分支，向髓腔和皮质骨供血;骨膜血管供应外皮质骨[21,22]。另一方面，颅骨的血液供应是由骨膜血管输送的。

因此，在选择大段骨缺损动物模型时，应考虑适合所要探索的研究问题的骨缺损类型。此外，根据每项研究的临床相关性，还应考虑动物种类、解剖部位、缺损大小、固定方法以及年龄和性别。

3 颌骨大段骨缺损

口腔颌面部是一个复杂的区域，包括骨软骨组织、神经和血管系统、皮肤以及牙齿和感觉器官[23]。造成该区域显著缺损的原因有多种，如外伤性撕脱、放射性骨坏死(ORN)、双膦酸盐相关性颌骨骨坏死(BRONJ)、良恶性肿瘤及囊肿切除等[24]。颌面部大型缺损的自然修复机制有缺陷且进程缓慢[25]。因此，辅助骨再生手术对于确保在短时间内形成足够的骨至关重要。如何重建硬组织缺损以塑造合适的面部形态并恢复功能是口腔颌面外科医生面临的重大挑战。目前修复颌面部大段骨缺损的方法主要是自体骨移植、异体骨移植及人工骨移植。其中，自体骨移植成骨能力强，但骨量有限；异体骨移植有免疫排斥风险；人工骨种类繁多，与组织工程结合能发挥巨大潜力。

自体骨移植具有相当高的远期成功率(高达70%)。几十年来，自体移植物作为一种天然生物材料，与其他类型的材料相比，由于其优越的成骨性、骨传导性，被认为是金标准[24,25]。骨皮游离皮瓣，尤其是腓骨游离皮瓣，是最常用的用于临界尺寸的自体移植物[27]。它们还能避免出现组织相容性问题和免疫排斥[29]。传统技术的主要缺点是移植物供区与受区部位的高发病率、手术时间的增加和住院时间的延长。从口外部位获取移植物会增加血肿、疼痛和感觉障碍、腹部内容物突出、骨盆不稳定和感染的风险。同样，在大于6 cm的巨大缺损中，有失败率增高的风险[30]。

与传统治疗方法相比，用生物材料治疗骨缺损是非常有前景的。目前治疗临界骨缺损的另一种治疗方法是骨搬运技术，但这对患者来说是极其繁重和痛苦的[31]，手术后的恢复可能需要数月至数年时间。生物材料提供了一种新的治疗方法。新型生物材料支架、干细胞、骨髓抽吸浓缩物、富血小板血浆(PRP)和骨形态发生蛋白疗法目前可用于治疗大段骨缺损。

3.1 骨髓抽吸浓缩物（BMAC）

骨髓抽吸浓缩物中含有能够参与成骨的骨祖细胞群[32]，它与多种不同的骨传导载体复合材料结合，来递送能够成骨的骨髓成分。这代表了骨缺损治疗的一个生物学策略。骨髓祖细胞从髂骨获得，植入具有微孔结构的骨传导基质材料上，为细胞提供一个稳定和血管化良好的环境，然后将这种成骨结构植入缺损处。所使用的支架包括颗粒脱矿骨基质（DBM）、胶原海绵和多孔羟基磷灰石陶瓷[33]。一项对249项评估BMAC治疗骨缺损的研究的荟萃分析显示，与对照组相比，所有的研究均显示对骨愈合有统计学意义上的改善[34]。Hernigou等人报道了用离心法测定骨髓抽吸物的浓度对骨愈合的影响[32]。作者报道了使用髂骨抽吸浓缩物联合和不联合DBM治疗3-4cm以下骨缺损的良好愈合率。他们还报道，接受祖细胞少于1000/cm3和祖细胞少于30000的患者愈合率显著降低。使用DBM复合移植物联合骨髓抽吸浓缩物的疗效优于或近似于自体髂骨移植物的治疗效果[35,36]。最近的一系列研究表明，用BMAC植入牛DBM支架后，成功愈合了达14厘米的长骨节段性缺损[36]。目前，使用BMAC的Ⅰ级临床证据很少。研究表明，更高浓度的骨髓细胞可以增强骨折修复，但可用于治疗临床上的最大缺损的尺寸尚不清楚。

3.2 富血小板血浆（PRP）

目前，还没有Ⅰ级证据表明富血小板血浆（PRP）单独使用或与其他材料联合使用对骨愈合有显著影响。有证据（Ⅲ和Ⅳ级）表明PRP作为一种局部骨移植的辅助对骨愈合有积极的影响，它能增加骨不连时骨沉积的速度，提高骨再生和融合的质量，特别是足部与脚踝手术[37]。总的来说，目前缺乏足够的科学证据来支持单独使用PRP或与其他骨移植物联合使用来治疗骨缺损的疗效。

3.3 诱导蛋白

诱导蛋白的使用已被批准用于开放性胫骨干骨折，对节段性骨缺损的重建具有积极影响[38,39]。Jones等人使用BMP-2联合同种异体骨治疗急性节段性胫骨缺损，并与单独自体骨治疗组进行比较。在这个Ⅰ级临床试验中，平均缺损大小为4cm（最高可达7 cm）。两组患者的并发症发生率和预后均无显著性差异，愈合率相似。该研究提示rhBMP-2同种异体植骨术治疗胫骨缺损与自体植骨术一样安全有效。

近年来，Melville等人提出了一种新的组织工程技术，将同种异体骨、BMAC和rhBMP-2结合使用，与传统的自体移植方法相比，该技术具有侵入性小、术中时间短、成本低、供区发病率最低或无供区发病率的优点，可用于颌面部大面积缺损的即时重建[40]。支架是一种三维框架，细胞可以附着在其上并在其上增殖。骨是重建骨骼的良好支架；同种异体移植物如肱骨具有承受咀嚼负荷所需的强度。大量文献均报道了经口或口外入路的即时和延期重建，虽然首选的技术大多是即时重建，但在术后广泛软组织缺失的情况下，延期重建更加合理。充足的软组织是手术成功的关键因素；足够的软组织能保证初步的防渗漏的无张力关创，以防止细菌污染。如果软组织量不足，则进行带血管的游离皮瓣移植，随后进行延期组织工程重建。口腔内入路必须特别小心，因为组织工程骨移植物极易受到唾液渗漏和移植物细菌污染的影响[41]。

尽管有越来越多的在重建颌面部大段骨缺损方面的进展，该技术仍面临一些挑战。添加rhBMP-2的一个不良反应是术后不可避免的肿胀，这是由于rhBMP-2的类似炎症细胞因子样的性质，类固醇对其影响很小。因此，术前预防措施是必要的。当rhBMP-2与可吸收的胶原海绵结合作为载体时，可在手术后三周内将蛋白质持续释放到骨形成环境中，然而可能出现骨再生部位血管生长受阻和软组织受压的并发症[42]。另外，BMAC的获取也有一些禁忌证，如先天性疾病、代谢性疾病、恶性肿瘤或获取部位有创伤史的病例，年轻患者(<18岁)应谨慎使用[43]。无血管化的同种异体移植物极易受到细菌污染[44]。支架与缺损的不匹配以及个性化定制的支架是面临的另一个挑战，因为该过程可能需要多个步骤、设备部件。此外，目前的技术只能实现均质性的骨结构的再生，而肿瘤消融或创伤引起的颅面缺损的临床情况大多需要多种组织的工程化，包括软组织、硬组织和神经组织。颞下颌关节包含骨、软骨就是一个例子。在复杂的情况下，下颌支或颧骨颧弓缺损，可能需要重建颞下颌关节(TMJ)。由于软骨缺乏血管，TMJ具有较差的再生能力。三维打印技术的出现在复杂骨缺损的再生方面取得了显著进展。该技术可实现个性化支架的构建[45]。多层支架的设计创造了一个血管网络，可以更好地在骨缺损部位中实现代谢产物交换[46]。

4 总结

随着对颌面部大段骨缺损修复方法的深入研究，人们发现人工骨材料与组织工程技术结合有着巨大的应用前景。在骨材料中加入生物因子、药物、种子细胞等，能有效促进骨形成。目前的文献表明，在短期随访中，使用大规模可移植、血管化和可定制的骨材料来重建颌面部骨缺损是有潜力的。这种方法可能是目前临床治疗方法的一种替代方法，随着对未来颌面大型缺损重建的更深层次的认知，有必要进一步进行大样本和长期随访的研究来得出确切的结论。