引導(dǎo)牙周組織再生的生物屏障膜技術(shù)研究新進(jìn)展*

王佳，路晶晶，倪成勵(lì)，王昊

1 安徽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 安徽 合肥 230001

2 合肥工業(yè)大學(xué)醫(yī)院 安徽 合肥 230001

3 安徽省淮北口腔醫(yī)院 安徽 淮北 235000

牙周炎作為一種廣泛傳播的慢性口腔炎癥性疾病，其特征是牙齒支持組織受到不可逆的損傷[1]。癥狀較輕時(shí)可出現(xiàn)牙齦出血、萎縮，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致牙齒松動(dòng)，甚至脫落。牙周炎不僅缺乏美觀，且在咀嚼功能上亦會(huì)給患者帶來(lái)諸多不便。因此，牙周炎嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量并帶給患者負(fù)性心理。一項(xiàng)口腔流行病學(xué)調(diào)查研究顯示[2-3]，世界上有超過(guò)一半以上的成年人受到牙周炎的困擾。另依據(jù)我國(guó)第四次口腔健康流行病調(diào)查報(bào)告顯示：我國(guó)成年人牙周健康較前一次調(diào)查下降10.1 個(gè)百分點(diǎn)[4]。因此，如何在臨床上找到有效、安全的牙周治療方法是醫(yī)護(hù)人員的當(dāng)務(wù)之急。引導(dǎo)組織再生（GTR）技術(shù)的出現(xiàn)，一定程度上解決了牙周炎的不良影響。GTR 即在牙周手術(shù)中采用生物膜屏障技術(shù)，阻止牙齦上皮附著在牙齒根面上，阻止結(jié)締組織在牙根面上的增生，從而給牙周膜細(xì)胞提供足夠的空間，引導(dǎo)附著、遷移并最終形成新的牙周膜復(fù)合體，修復(fù)破損的牙周組織[5]。臨床實(shí)踐證實(shí)GTR 技術(shù)治療效果同生物屏障膜的選擇有著直接的關(guān)系，但傳統(tǒng)的生物屏障膜在機(jī)械強(qiáng)度、生物相容性及降解性等方面表現(xiàn)不甚滿意。現(xiàn)今，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新的多功能性的生物屏障膜接連上市，且臨床實(shí)踐證實(shí)較傳統(tǒng)生物屏障膜優(yōu)勢(shì)十分明顯。本文通過(guò)查詢知網(wǎng)、萬(wàn)方、pubmed 及Scopu 等國(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)庫(kù)，從傳統(tǒng)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、技術(shù)及應(yīng)用等方面展開(kāi)綜述，旨在為GTR 提供新的治療手段和借鑒。

傳統(tǒng)生物屏障膜的不足

目前，臨床常用的傳統(tǒng)屏障膜可分為兩大類，即不可吸收膜及可吸收膜，在生物學(xué)性能和力學(xué)性能方面兩類膜表現(xiàn)各有千秋，但缺陷也很明顯。不可吸收膜以聚四氟乙烯為代表，可單用也可和其他材料一起使用，不足之處是材料的不可吸收性，并且剛度較強(qiáng)，故通常需要二次手術(shù)取出。而二次手術(shù)的創(chuàng)傷勢(shì)必會(huì)對(duì)病人的術(shù)后恢復(fù)造成一定影響，增加再次感染的風(fēng)險(xiǎn)[6]，所以不可吸收膜一般只在有特殊需要的手術(shù)中才會(huì)應(yīng)用?？晌漳ひ院铣删埘ヮ悶榇?，優(yōu)勢(shì)是吸收好，并具有較好的生物相容性可讓骨粉，成骨細(xì)胞更好的附著生長(zhǎng)[7]，劣勢(shì)是拉應(yīng)力較差，通常需要與植骨材料聯(lián)合使用。因此，良好的生物屏障膜應(yīng)具備較好的生物相容性、易降解性及較高的機(jī)械強(qiáng)度，這樣才能更有利于牙周組織細(xì)胞的附著、增殖、分化、生長(zhǎng)及成熟，而下面介紹的新的多功能生物屏障膜技術(shù)在一定程度上有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生物屏障膜的不足[8-9]。

新型多功能生物屏障膜技術(shù)

1 強(qiáng)化機(jī)械拉伸性的生物屏障膜技術(shù)

1.1 功能梯度膜技術(shù)（FGM） 所謂的功能梯度膜技術(shù)，其設(shè)計(jì)理念是使膜的內(nèi)側(cè)面與牙周膜細(xì)胞及牙槽骨組織密接，利用膜的外側(cè)面來(lái)促進(jìn)牙周軟組織的生長(zhǎng)、愈合，并抵抗口腔細(xì)菌的定植，膜的內(nèi)外兩面發(fā)揮的功能是不同的。此外，功能梯度膜的機(jī)械性能更高，膜的結(jié)構(gòu)不易變化，尺寸也能較長(zhǎng)時(shí)間保持完整性，故而能更好地促進(jìn)牙周組織的再生[10]。功能梯度膜常設(shè)計(jì)成3 種形式，即:①經(jīng)典多層形式，該形式膜在維持機(jī)械強(qiáng)度，抵抗外來(lái)拉應(yīng)力方面表現(xiàn)極為優(yōu)秀，可為牙周組織再生創(chuàng)造穩(wěn)定、密閉的空間并促使牙周缺損區(qū)干細(xì)胞向成骨分化，增強(qiáng)新骨的形成能力[11]；②三層形式，三層膜制備方法較為容易，且臨床實(shí)踐亦證實(shí)其機(jī)械穩(wěn)定性非常好，如Ku 等人[12]制作的由殼聚糖、聚乳酸構(gòu)成的3 層膜，該膜2 個(gè)外層為殼聚糖，表面粗糙，這樣易于牙周細(xì)胞的附著，中間層則為聚乳酸，有防止上皮細(xì)胞侵襲的作用。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該形式膜的完整性能保持長(zhǎng)達(dá)8 周；③變異形式，市場(chǎng)是較為常見(jiàn)的是Bio-Gide 膜，為雙層結(jié)構(gòu)，由豬Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維組成。Bio-Gide 膜對(duì)自體骨碎片釋放的生長(zhǎng)因子吸收迅速，從而引導(dǎo)骨再生，且膜的抗拉力效果也明顯增強(qiáng)[13]。另外，Ma 等[14]制備的變異形式膜，采用三聚磷酸鈉進(jìn)行交聯(lián)，膜兩側(cè)致密性更好，力學(xué)性能也得到了顯著改善。總的來(lái)說(shuō)，功能梯度膜較傳統(tǒng)功能單一的生物膜機(jī)械強(qiáng)度更好，前景也更廣闊。

1.2 鎂、鋅及合金生物屏障膜技術(shù) 鎂金屬體內(nèi)具有降解性，研究發(fā)現(xiàn)若將鎂融入生物屏障膜后，不僅生物相容性好，且具有優(yōu)良的彈性，膜的空間保持能力，完整性得到大幅提升。Barbeck 等[15]將鎂膜用氫氟酸處理后，發(fā)現(xiàn)其具備了不可吸收膜的機(jī)械強(qiáng)度，且組織相容性非常好。Du 等[16]將鎂同聚乳酸相結(jié)合，制備了一種鎂增強(qiáng)膜，研究證實(shí)不僅機(jī)械性能優(yōu)良，膜與牙周組織細(xì)胞的親和了也增強(qiáng)了。以上實(shí)驗(yàn)充分表明鎂基膜是一種潛在的理想膜。鋅有促進(jìn)人體的核酸代謝，并參與細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)、骨骼生長(zhǎng)發(fā)育等多種生物學(xué)行為[17]，基于鋅的以上作用，我們有理由相信鋅基膜同牙周組織生物相容性應(yīng)當(dāng)較好。Guo等[18]設(shè)計(jì)出了孔徑不同的純鋅膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，300μm孔徑最適宜，膜的降解速率適宜，機(jī)械性能佳，成骨能力基本與鈦膜相當(dāng)，故而鋅基膜也是理想的生物屏障膜。合金生物膜方面，王繩[19]研究發(fā)現(xiàn)鎂合金生物膜相容性高、降解性佳且機(jī)械性能適當(dāng)，其通過(guò)定向凝固工藝，將合金縱向晶呈有序規(guī)則的胞狀枝狀結(jié)構(gòu)后，鎂合金耐腐蝕性和生物性能大幅上升，在此技術(shù)下制備的定向凝固鎂合金屏障膜在促進(jìn)骨再生、生物相容性及成骨能力均較優(yōu)。因此，基于以上所述，鎂、鋅及合金生物屏障膜的應(yīng)用潛力也是巨大的。

1.3 其他無(wú)機(jī)材料生物屏障膜技術(shù) 研究發(fā)現(xiàn)，有些無(wú)機(jī)材料加入生物屏障膜中后，成骨能力及機(jī)械拉伸能力均明顯增強(qiáng)。羥基磷灰石是一種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)材料，有促進(jìn)牙周組織細(xì)胞黏附和增殖、遷移等作用，且體內(nèi)吸收度慢[20]。而β-磷酸三鈣吸收速率則較快，并有誘導(dǎo)牙周組織細(xì)胞與同生物屏障膜之間形成牢固鍵的效應(yīng)，若將二者按照一定比例混合，并融入生物屏障膜中，可獲得雙相β-磷酸三鈣生物屏障膜，機(jī)械穩(wěn)定性大增，且在牙周缺損十分明顯時(shí)也有誘導(dǎo)牙周組織再生的作用[21]。Huang 等[22]將羥基磷灰石同殼聚糖微球融合，獲得了彈性、機(jī)械強(qiáng)度均較佳的生物屏障膜，實(shí)踐證實(shí)其空間維持能力和仿生功能突出。Zhang 等[23]將硅酸鈣、氧化石墨烯及殼聚糖相結(jié)合后，膜的機(jī)械性能優(yōu)異，且表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)慕到馑俾屎鸵欢ǖ目咕芰?。陳英等[24]采用靜電電紡及光交聯(lián)手段，將明膠同納米羥基磷灰石均勻融入聚乳酸纖維中，制備出的復(fù)合生物膜具有骨誘導(dǎo)性能，且膜的拉伸性能較好，此研究為骨誘導(dǎo)性生物膜的研發(fā)具有重要意義?？偟恼f(shuō)來(lái)，將來(lái)必有更多的無(wú)機(jī)材料被發(fā)現(xiàn)，若能進(jìn)一步加強(qiáng)研究，不失為一個(gè)技術(shù)突破口。

2 載有抗感染成分的生物屏障膜技術(shù)

2.1 殼聚糖生物屏障膜技術(shù) 研究表明，殼聚糖及其功能性衍生物呈堿性，抗菌活性強(qiáng)，生物相容性好，且無(wú)毒、無(wú)害，安全性高?？谇画h(huán)境中，微生物眾多，微環(huán)境失調(diào)時(shí)必然會(huì)誘發(fā)口腔感染，因而，殼聚糖生物屏障膜的使用必然兼具引導(dǎo)組織再生及抗菌的雙重作用。梅杰等[25]在探究殼聚糖及姜黃素納米復(fù)合物（CS-Cur）之于變異鏈球菌影響一文中明確表明，CS-Cur 能夠抑制變異鏈球菌，有成為新的防齲藥物的潛力。聚乳酸在牙周組織再生中經(jīng)常被使用，但酸性環(huán)境對(duì)牙齦縫隙的形成與功能有一定影響，而聚乳酸降解后PH 會(huì)進(jìn)一步降低，導(dǎo)致牙周感染加重[26]。此時(shí)若將殼聚糖融入聚乳酸支架中，可有效改善其親水性，減少酸的形成。另外，田宇航等[27]研究表明，在骨缺損的臨床治療過(guò)程中，若將殼聚糖生物材料支架植入缺損部位，聚乳酸支架生物相容性及可降解性提升明顯，且安全性高。基于以上表述，殼聚糖生物屏障膜兼有抗菌活性及生物相容性好兩大優(yōu)點(diǎn)，這在Ho等[28]載有殼聚糖的納米球具有抗菌并修復(fù)牙槽嵴缺損的作用研究中最終獲得了證實(shí)。聚己內(nèi)酯機(jī)械拉伸性和生物相容性均較高，但降解和吸收均較慢，而疏水性、結(jié)晶性則較好。明膠價(jià)格低廉、生物活性高，缺點(diǎn)是機(jī)械性能差，降解迅速。 研究發(fā)現(xiàn)若使用殼聚糖將兩層聚己內(nèi)酯和明膠納黏合，先制作成多功能復(fù)合支架，再進(jìn)一步而改造為屏障膜，促進(jìn)牙周組織的再生效用明顯。 最后需要說(shuō)明的是，殼聚糖的不足之處是缺乏骨誘導(dǎo)性及傳導(dǎo)性[29]，一般要同其他分子（如生長(zhǎng)因子、羥基磷灰石等）結(jié)合才有促進(jìn)牙周組織再生的作用。

2.2 納米粒子生物屏障膜技術(shù) 納米顆粒為可降解的聚合物，可用作載體，在與抗生素結(jié)合后，抗菌性能更優(yōu)秀，且具有不易耐藥的特點(diǎn)。納米顆粒的抗菌性主要同載有的抗生素成分有關(guān)。如翁璐婷[31]研究發(fā)現(xiàn)，載有抗菌藥物的納米粒子若采用乳酸桿菌外膜予以包裹，可構(gòu)建一種新的防齲納米載藥系統(tǒng)，在介導(dǎo)防齲藥物在生物膜內(nèi)的富集和傳遞發(fā)揮重要作用。銀納米粒是一種具備抗菌效應(yīng)的納米材料，其能通過(guò)多重機(jī)制如釋放金屬離子、損傷細(xì)菌細(xì)胞壁及細(xì)胞膜、細(xì)菌內(nèi)滲透及DNA 損傷等[32]發(fā)揮抗菌效應(yīng)。因此將納米載藥系統(tǒng)或銀基納米材料同生物屏障膜相結(jié)合，必然能夠制備出納米生物屏障膜，并且此技術(shù)可為研究新型功能性屏障膜提供借鑒價(jià)值。基于此設(shè)想，Seo N 等[33]將氧化鋅納米顆粒與聚己內(nèi)酯膜相融合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該生物屏障膜可顯著抑制牙齦鏈球菌的黏附。而利用靜電紡絲技術(shù)得到的聚乳酸、明膠及氧化鎂納米粒子的復(fù)合納米纖維膜，膜的機(jī)械性能改善明顯，并同時(shí)兼具優(yōu)異的抗菌性能。而有研究顯示[34]，同樣利用靜電紡絲技術(shù)，將納米材料硅酸鹽融入聚乳酸-聚乙醇酸纖維中后，可制備出雙功能結(jié)構(gòu)纖維膜，這種生物屏障膜對(duì)于促進(jìn)牙周組織再生效果顯著，且具有更好的拉伸強(qiáng)度及生物相容性，有助于牙周組織細(xì)胞的黏附及生長(zhǎng)，促進(jìn)成骨和血管的生成，從而修復(fù)缺損牙周。

3 其他生物屏障膜技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-2 是牙周組織再生的重要信號(hào)因子，其可通過(guò)同受體結(jié)合，發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化、附著等效應(yīng)，顯然，若將其搭載在生物屏障膜中，對(duì)于誘導(dǎo)成骨分化及新血管形成必然有效。國(guó)外一項(xiàng)文獻(xiàn)報(bào)道[35]表明載有FGF-2 水性聚氨酯纖維膜，仿生功能強(qiáng)，且膜的降解可控、機(jī)械性能佳，能夠模擬GTR膜的血管化，持續(xù)釋放FGF-2 進(jìn)而促進(jìn)牙周組織再生。骨形成蛋白（BMP2）是一種可誘導(dǎo)骨和軟骨形成的重要生長(zhǎng)因子，有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)雙面生物屏障膜中載有BMP2 后，膜具有可吸收性及骨誘導(dǎo)成形能力。Oh等[36]制備的載有BMP2 的非對(duì)稱多空聚內(nèi)酯屏障膜，能夠釋放BMP2 長(zhǎng)達(dá)20 周，對(duì)于促進(jìn)骨形成效果顯著。近年來(lái)，3D 打印技術(shù)為臨床解決牙周組織缺損的修復(fù)提供了新的研究方向。如劉佳怡等[37]將PLA（聚乳酸）和nHA（納米羥基磷灰石）復(fù)合后形成的支架材料在人體及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的成骨性方面研究，取得了比較理想的成果，且研究結(jié)果證實(shí)不同比例的復(fù)合支架膜均無(wú)細(xì)胞毒性，安全性非常高，當(dāng)兩者比例為3:1時(shí)的復(fù)合支架膜在進(jìn)行犬牙周GTR 術(shù)后效果最好，臨床應(yīng)用研究?jī)r(jià)值潛力較大。NESIC D 等[38]將明膠、彈性蛋白及透明質(zhì)酸鈉三種物質(zhì)通過(guò)3D 打印獲得屏障膜，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其具有引導(dǎo)牙周組織再生，促進(jìn)細(xì)胞黏附的作用，且穩(wěn)定性和彈性優(yōu)良。此外，具備可調(diào)節(jié)仿生功能的肽分子也給予屏障膜的生物功能，如促使內(nèi)源性祖細(xì)胞的歸巢及分化。且其可在紫外線下聚合聚二乙炔，進(jìn)一步加強(qiáng)牙周組織細(xì)胞黏附和分化能力，這種功能化生物膜的技術(shù)一方面聚集并誘導(dǎo)祖細(xì)胞，另一方面發(fā)揮著屏障的作用[39]。

小 結(jié)

GTR 技術(shù)現(xiàn)已廣泛用于牙周組織缺損的修復(fù)治療，從傳統(tǒng)的不可吸收膜發(fā)展到可吸收膜，再到現(xiàn)今層出不窮的多功能新型生物屏障膜，可以說(shuō)這些都是歸咎于新型材料的發(fā)現(xiàn)、新興技術(shù)的發(fā)展。但是，我們必須認(rèn)清的是目前對(duì)于牙周組織再生的屏障膜的技術(shù)研究仍處于初級(jí)階段，遠(yuǎn)未達(dá)到臨床理想狀態(tài)。展望未來(lái)，今后應(yīng)加強(qiáng)吸收性能好、效果更佳的膜材料及制備技術(shù)研究。