新型快速硬固型根尖倒充填材料的研究進(jìn)展

屠美潔，宿凌愷，何福明，鄧淑麗

三氧化礦物聚合物 (mineral trioxide aggregate，MTA)是一種硅酸鈣基生物活性材料，其主要成分包括硅酸三鈣、鋁酸三鈣、氧化三鈣、氧化硅及其他氧化物。MTA是臨床上常用的根尖倒充填材料，不僅具有良好的生物相容性、封閉性，而且具有良好的抗菌和成骨效果[1]。MTA在顯微根尖手術(shù)臨床應(yīng)用中取得了非常好的效果[2]，成功率90%以上[3-4]。然而MTA因?yàn)橛补虝r(shí)間長(zhǎng)和操作性差的缺點(diǎn)使其在根尖手術(shù)的臨床應(yīng)用受到了限制[5]。MTA硬固時(shí)間大約需要2 h 45 min，因此充填后抗沖刷能力差且易受周圍組織液、血液的影響降低充填密實(shí)性。MTA對(duì)操作要求較高，使用時(shí)需調(diào)拌，水粉比難以控制，且需專門的成型器。

MTA的硬固時(shí)間受許多因素的影響，如粉液比、環(huán)境溫度和濕度，同時(shí)粒徑大小及粒度分布也能通過(guò)影響顆粒的比表面積和反應(yīng)性影響硬固時(shí)間，通常粒徑越小，比表面積越大，硬固速度越快[6]。近年來(lái)，出現(xiàn)了大量基于縮短MTA硬固時(shí)間的材料的研究及應(yīng)用，包括含加速劑的MTA材料(主要為鈣鹽、磷酸二氫鈉等)和基于MTA材料進(jìn)行改進(jìn)的新型快速硬固型硅酸鈣基材料，下文將對(duì)此類新型材料進(jìn)行綜述。

1 含不同加速劑的MTA材料

近年來(lái)，許多研究通過(guò)在MTA材料中添加加速劑來(lái)改善MTA硬固時(shí)間長(zhǎng)及操作性差的缺點(diǎn)，多為體外實(shí)驗(yàn)，主要以探究加速機(jī)制為主[7]。添加劑主要為鈣鹽、磷酸二氫鈉，次氯酸鈉因具有較大細(xì)胞毒性本文不作介紹。這些新型材料雖然縮短硬固時(shí)間，但多以犧牲機(jī)械性能為代價(jià)[8]。

1.1 鈣鹽

MTA的粉劑與水混合后，釋放鈣離子和氫氧根離子，二者在溶液中達(dá)到臨界濃度后形成氫氧化鈣析出，同時(shí)形成硅酸鈣水合凝膠(C-S-H凝膠)，并進(jìn)一步生成羥磷灰石。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析，鈣離子濃度越高，氫氧化鈣越易析出，從而加快MTA材料硬固速率，且鈣離子有利于羥磷灰石沉積。研究表明，5%氯化鈣、硝酸鈣(1%～10%)/亞硝酸鈣(25%～50%)、5%甲酸鈣、23.1%乳酸葡萄糖酸鈣(calcium lactate gluconate，CLG)等鈣鹽與MTA材料混合后能減少M(fèi)TA材料的硬固時(shí)間，且不影響其生物相容性、尺寸穩(wěn)定性，而且其pH和溫度的變化在可接受范圍內(nèi)，成骨效果也有所增強(qiáng)，但機(jī)械性能有所下降[9-11]。然而，高濃度鈣離子添加劑的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：MTA材料和10%氯化鈣混合后，細(xì)胞活力下降，細(xì)胞附著率下降；和43.4%CLG混合第1天表現(xiàn)為更高的細(xì)胞活力，但在第4天和第7天細(xì)胞活力下降。這表明過(guò)高的鈣離子濃度會(huì)影響細(xì)胞活性[10]。

氯化鈣是此類研究中最常使用且效果最好的加速劑，在許多新型材料中都含有氯化鈣，如波蘭水泥、Biodentine等。研究發(fā)現(xiàn)少量氯化鈣能作為硅酸三鈣水化反應(yīng)的催化劑，大大加速硅酸三鈣的早期水化，其機(jī)制如下[12]：當(dāng)溶液中氯化鈣和水的質(zhì)量比小于0.3時(shí)，易產(chǎn)生亞穩(wěn)型物質(zhì)氧氯化鈣(3CaO·CaCl2·nH2O)，加速氫氧化鈣的溶解，同時(shí)有利于鈣離子的釋放并迅速離開(kāi)顆粒表面，使溶液中氯化鈣濃度下降，從而使氧氯化鈣重新分解釋放氯化鈣。

許多研究對(duì)與5%氯化鈣混合后是否會(huì)影響MTA的物理性能、生物活性進(jìn)行了研究分析。Jafarnia等[13]、Wilkbank等[11]研究表明MTA的生物相容性不會(huì)受到影響。Bortoluzzi等[14]通過(guò)體外染料滲透實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MTA密封性增強(qiáng)，Wilkbank等[11]發(fā)現(xiàn)MTA與5%氯化鈣混合后有輕度擴(kuò)展，增強(qiáng)其邊緣適應(yīng)性。Lee等[9]通過(guò)檢測(cè)成骨相關(guān)因子的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)材料混合后能促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌OCN、BSP等因子，增強(qiáng)成骨礦化能力。MTA與5%氯化鈣混合后pH能穩(wěn)定在10～12，不影響其抗菌作用[15]。然而，Lee[16]研究發(fā)現(xiàn)材料混合后的抗壓能力下降?？梢?jiàn)MTA與5%氯化鈣混合后能加快硬固，不影響其生物相容性、密封性、成骨能力、抗菌性，盡管抗壓能力有所下降，但并不影響其作為倒充填材料。

1.2 磷酸二氫鈉

許多研究證明磷酸二氫鈉作為液相和MTA材料混合可以加速硬固，Huang研究發(fā)現(xiàn)15%磷酸二氫鈉可以將MTA硬固時(shí)間減少至26 min，同時(shí)抗拉伸能力增強(qiáng)，且抗壓能力不受影響[17]。有研究者認(rèn)為磷酸鹽作為緩沖劑能消耗酸，使MTA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不影響臨床效應(yīng)[18]。磷酸鹽通過(guò)影響化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)硅酸鈣水合物的生成，從而加速硬固。pH不是影響其硬固速率的因素，研究發(fā)現(xiàn)15%磷酸二氫鈉pH為9.5或4.4時(shí)其硬固時(shí)間沒(méi)有顯著差異，但研究者出于酸性環(huán)境可能影響MTA性質(zhì)的考慮更傾向于使用pH高者[17]。

2 新型硅酸鈣基快速硬固型根尖倒充填材料

2.1 生物活性牙本質(zhì)替代物Biodentine

2010年出現(xiàn)了一種商業(yè)化的生物活性牙本質(zhì)替代物Biodentine(Septodont, Saint Maur des Fosse’s, 法國(guó))。Biodentine為粉液混合物，粉末主要成分包括硅酸三鈣、碳酸鈣、氧化鋯、硅酸二鈣、氧化鈣和氧化鐵，液體為含有高分子聚合物還原劑和氯化鈣的水溶液，其中氯化鈣起加速硬固的作用，氧化鋯為X射線阻射劑。Biodentine為膠囊制劑，有固定的水液比，臨床上常用于蓋髓、穿孔修補(bǔ)、根尖倒充填等，其抗壓強(qiáng)度與牙本質(zhì)類似。

除通過(guò)添加氯化鈣外，Biodentine通過(guò)增加顆粒比表面積和粉液比來(lái)增加硬固速率[19]。制造商稱其硬固僅需9 min，各研究中Biodentine的硬固時(shí)間不同(6.5～45.0 min)，這可能和不同的測(cè)試方法與使用環(huán)境有關(guān)[19-20]。Caron認(rèn)為Biodentine的操作性并沒(méi)有制造商說(shuō)的便利，不能方便制作成錐形放入倒預(yù)備后的根管內(nèi)[20]。

Biodentine是一種具有高度生物相容性的非細(xì)胞毒性硅酸鈣基水泥[19,21]，大部分學(xué)者認(rèn)為其生物相容性和MTA無(wú)顯著性差異，并通過(guò)MTT實(shí)驗(yàn)等發(fā)現(xiàn)Biodentine對(duì)人成骨樣細(xì)胞[22-24]、單核細(xì)胞[24-26]、牙齦成纖維細(xì)胞[26-27]、成牙本質(zhì)細(xì)胞[28]、牙周膜細(xì)胞[26]等均有極高生物相容性。同時(shí)Biodentine具有生物活性，能誘導(dǎo)牙髓細(xì)胞分化成成牙本質(zhì)樣細(xì)胞[29]，能增強(qiáng)組織礦化、修復(fù)性牙本質(zhì)形成，增強(qiáng)人牙髓干細(xì)胞的增殖、遷移和粘附能力[30]。Biodentine的密封性良好，能與牙本質(zhì)相互作用延伸到牙本質(zhì)小管中，大多數(shù)文獻(xiàn)認(rèn)為其密封性優(yōu)于MTA[31-37]。此外，Biodentine顯示出良好的機(jī)械性能[19,38]、抗菌效果[28]、成骨效果[39]，且抑制破骨細(xì)胞分化[39]。Caron等[20]報(bào)道了Biodentine作為倒充填材料的2例根尖周炎病例，均在1年隨訪時(shí)獲得完全愈合，原根尖區(qū)低密度影完全消失且根尖區(qū)牙周膜形成良好的重建，在2年隨訪時(shí)亦無(wú)明顯不適癥狀。

Biodentine作為根尖倒充填材料具有臨床局限性，其成分氧化鋯作為X射線阻射劑阻射性低，與牙本質(zhì)相近，不利于術(shù)后觀察評(píng)估。

Biodentine作為根尖倒充填材料雖然具有良好的生物相容性、良好的生物活性、完全硬固時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但目前在臨床應(yīng)用較少，仍缺乏大量長(zhǎng)期隨訪評(píng)價(jià)其療效及發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題。

2.2 iRoot系列生物活性陶瓷材料

iRoot BP Plus (Innovative BioCeramix Inc. Vancouver,BC, 加拿大)和iRoot FS (Innovative BioCeramix Inc., Vancouver,BC,加拿大)均為生物活性陶瓷材料。iRoot系列材料為預(yù)混合即用型納米顆粒生物陶瓷材料，具有卓越的機(jī)械性能和水合性能。iRoot BP Plus主要成分包括硅酸鈣、氧化鋯、硫酸鈣、氧化鉭和填料，iRoot FS是在iRoot BP Plus的基礎(chǔ)上略有改進(jìn)，兩者成分相似，含有磷酸二氫鈣，后者相較于前者具有快速硬固的特性，具有更小的粒徑[40]。根據(jù)制造商的說(shuō)明，iRoot FS可在20 min內(nèi)完成硬固，根據(jù)近幾年的研究，iRoot BP Plus和MTA完全硬固需要12 h～7 d[30]。iRoot BP Plus和iRoot FS均具有一定抗沖刷性，術(shù)中沖洗以及血液污染對(duì)兩者的硬固沒(méi)有影響。

大量實(shí)驗(yàn)研究證明iRoot BP Plus 性能與 MTA 相似，具有良好的生物相容性、根尖封閉性[41]，無(wú)細(xì)胞毒性，且具有抗菌、成骨效果[30,42-43]。iRoot BP Plus作為倒充填材料短期成功率高于90%[44]。王萌萌等[45]研究發(fā)現(xiàn)iRoot BP Plus倒充填的時(shí)間短于 MTA，說(shuō)明 iRoot BP Plus操作性能更佳，使用更便捷。

Lv等[40]對(duì)iRoot FS、iRoot BP Plus及ProRoot MTA的生物相容性進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三者均具有良好的生物相容性，但iRoot FS的生物相容性更高。細(xì)胞活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)表明三者均能促進(jìn)MC3T3-E1成骨細(xì)胞的增殖；流式細(xì)胞術(shù)表明與MTA、iRoot BP Plus相比，iRoot FS能產(chǎn)生更多的活細(xì)胞和更少的凋亡細(xì)胞；免疫熒光染色顯示，經(jīng)iRoot FS處理的成骨細(xì)胞處于拉伸狀態(tài)，其纖維擴(kuò)散程度更高，更利于細(xì)胞遷移，MTA、iRoot BP Plus亦可優(yōu)化成骨細(xì)胞纖維的生成，其程度弱于iRoot FS；掃描電子顯微鏡顯示，iRoot FS相連的細(xì)胞伸出更多偽足，進(jìn)入基質(zhì)間隙，作為拉動(dòng)細(xì)胞的錨點(diǎn)?？梢?jiàn)，iRoot FS較其余兩者更能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、附著、遷移。Luo等[46]研究發(fā)現(xiàn)iRoot FS比Biodentine更能促進(jìn)人牙周膜細(xì)胞(hPDLCs)的增殖、粘附和礦化能力。

歐海強(qiáng)等[47]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)iRoot FS和MTA作為倒充填材料與根管壁之間間隙體積無(wú)顯著差異，染料滲透深度亦無(wú)顯著差異，表明iRoot FS與MTA的根尖封閉性相當(dāng)，認(rèn)為iRoot FS有望替代MTA成為首選的根尖倒充填材料。

綜上iRoot BP Plus作為預(yù)混合材料，盡管完全硬固時(shí)間長(zhǎng)，但其操作性良好，且具有良好的生物相容性、根尖封閉性、抗菌性、成骨效果等優(yōu)良特性，是比MTA更具臨床應(yīng)用前景的根尖倒充填材料。而iRoot FS基于iRoot BP Plus進(jìn)行改進(jìn)，硬固時(shí)間短，生物相容性、成骨效果較iRoot BP Plus、Biodentine更佳，有望成為根尖倒充填材料的首選，但目前在臨床應(yīng)用上少。

2.3 基于Pozzolan水泥的新型硅酸鈣水泥Endocem

Endocem(Maruchi，Wonju，韓國(guó))是由小顆粒的Pozzolan水泥構(gòu)成的，制造商稱其硬固時(shí)間為3 min 15 s。Pozzolan是一種MTA衍生的材料，主要成分為硅或硅和鋁，本身不具備或具備極少水泥的性質(zhì)，但在常溫遇水和氫氧化鈣反應(yīng)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具備水泥性質(zhì)的化合物。其反應(yīng)特點(diǎn)是氫氧化鈣隨時(shí)間逐漸減少，從而減輕氫氧化鈣帶來(lái)的機(jī)械性能、耐久性上的缺陷；逐漸生成硅酸鈣、鋁酸鈣水合物，且具有高強(qiáng)度穩(wěn)定的晶體[48]。Endocem的主要成分和MTA相似，其比表面積大，大大加快了硬固速率[49]。

Choi等[49]研究證明Endocem能快速硬固，其初始硬固時(shí)間為2 min±30 s，最終硬固時(shí)間為4 min±30 s。其研究通過(guò)MTT實(shí)驗(yàn)等表明Endocem和ProRoot MTA都表現(xiàn)為低毒性，其細(xì)胞毒性遠(yuǎn)低于中間修補(bǔ)材料(intermediate restorative material，IRM)；通過(guò)測(cè)量成骨細(xì)胞相關(guān)因子BSP、 OC和 OP等表明 Endocem具備成骨 能力，與ProRoot MTA沒(méi)有顯著差異，且成骨能力遠(yuǎn)強(qiáng)于IRM；表明Endocem、IRM抗沖刷能力遠(yuǎn)強(qiáng)于ProRoot MTA，可能與其硬固快有關(guān)；此外，在IRM與牙本質(zhì)之間觀察到形成間隙，而Endocem 和ProRoot MTA都能和牙本質(zhì)緊密接觸[49]。Endocem、ProRoot MTA和牙本質(zhì)有很強(qiáng)的微機(jī)械嵌合力，粘結(jié)性強(qiáng)，小顆粒Pozzolan水泥并不會(huì)影響粘結(jié)強(qiáng)度[50]。

綜上Endocem不但能快速硬固，操作性好，抗沖刷能力強(qiáng)于MTA，且具有低細(xì)胞毒性、成骨性、良好的邊緣適應(yīng)性，有望成為取代MTA成為倒充填材料，然而仍需大量臨床研究及長(zhǎng)期隨訪證明。

2.4 可光固化的硅酸鈣MTA水泥l(xiāng)c-MTA

Gandolfi等[51]研制出一種光固化的基于甲基丙烯酸2-羥乙酯-三乙二醇二甲基丙烯酸酯(HEMA-TEGDMA)樹(shù)脂修飾的硅酸鈣MTA水泥——lc-MTA作為倒充填材料。其固相為硅酸鈣粉末，由硅酸三鈣和硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硫酸鋇、硫酸鈣和氯化鈣構(gòu)成；液相為親脂有機(jī)光固化基質(zhì)，含有甲基丙烯酸2-羥乙酯(HEMA)，二甲基丙烯酸三甘醇酯(TEGDMA)，樟腦醌(CQ)和4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯(EDMAB)。多聚HEMA-TEGDMA創(chuàng)造了一種能夠穩(wěn)定水泥外表面的聚合物網(wǎng)絡(luò)，使水泥能夠快速硬固，并獲得初期穩(wěn)定性。HEMA是一種有足夠滲透性并可吸收水分的親水基質(zhì)，使硅酸鈣礦物顆粒能夠與足夠的水反應(yīng)，水合形成氫氧化鈣和水合硅酸鈣凝膠(CSH)。Gandolfi等檢測(cè)到lc-MTA鈣離子釋放能力高于ProMTA，具有高生物活性；通過(guò)細(xì)胞活力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)lc-MTA提取物不影響細(xì)胞增殖分化，具有一定生物相容性；通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明lc-MTA具有適當(dāng)邊緣適應(yīng)性。lc-MTA能在2 min內(nèi)硬固，但是機(jī)械強(qiáng)度不夠強(qiáng)，且具有一定細(xì)胞毒性[8]，目前仍處于研究階段。

2.5 Fast-Set MTA

Chen等[8]研制了一種新型Fast-Set MTA，由硅酸鈣(Calcium Silicates ，CaSi)、鋁酸鈣(Calcium Aluminates，CaAl)、氧化鋯(Zirconium Oxide，ZrO2)等為固相，聚丙烯酸溶液和10%氫氧化鈉溶液1∶3混合為液相。Chen通過(guò)X射線衍射、掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜研究了硬化水泥的水合產(chǎn)物，該新型MTA能在混合10 min后形成蜂窩狀硅酸鈣水合物凝膠加速硬固，而普通MTA形成無(wú)定型硅酸鈣凝膠。此外，該新型MTA顯示出足夠的射線阻射性和良好的生物相容性，可能是牙科應(yīng)用的有前途的材料，目前仍處于研究階段。

綜上所述，以上新型硅酸鈣基快速硬固型根尖倒充填材料有效改善了MTA帶來(lái)的硬固時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，方便臨床醫(yī)生的操作，改善了抗沖刷性。其中Biodentine、iRoot FS有望替代MTA成為方便操作且性能優(yōu)良的根尖倒充填材料，但仍需進(jìn)一步臨床研究及隨訪。