自体牙移植物在骨增量中的研究进展

    牙槽骨是骨骼中改建最活跃的区域，拔牙后牙槽骨的吸收与改建常导致种植区的骨量不足与软组织塌陷，影响种植体的三维位点和最终修复的美学效果。此外，由于外伤、感染、糖尿病、绝经后骨质疏松症等病症所引起的骨量不足、种植条件较差的现象在临床中极为普遍，因此种植前或种植同期常需行骨增量。
    骨增量常用的自体材料包括自体骨以及自体牙，其中自体骨移植兼具有骨引导、骨诱导和骨生成的能力，被视为骨增量的经典方案。但同时也存在着开辟第二术区、取骨量有限以及较高吸收率等问题。故目前临床医生和患者们更倾向于采用能够立即供应的市售骨替代物。
    市场上供应的骨替代材料主要有同种异体骨、异种骨和人工骨替代物。同种异体骨和异种骨虽然提供了良好的骨质支架，但仍具有可能传播疾病、引起免疫应答反应等缺陷。人工骨替代材料虽具有良好的生物相容性，却不具备骨诱导性，仅为新骨形成提供支架作用。近年来，自体牙移植物作为新型骨增量材料逐渐应用于临床。
    自体牙不仅比自体骨更容易获得，体内外实验都证实了牙体组织兼具有骨引导与骨诱导的特性，尤其是牙本质更为突出。由于以上特性，目前自体牙颗粒已被用于引导性骨再生、上颌窦外提升术、位点保存及即刻种植。
    Schwarz等运用自体牙根修复骨缺损，发现6个月后可获得约6.5mm的骨增量效果。且对比自体骨的吸收率更低。有研究报道，种植体可以与牙根残片直接接触，部分钛植体表面还可以发现一层新生的牙骨质，形成类似于种植体－骨结合的结构。
    目前关于自体牙移植材料的研究发表仍较为零散，学者们对其应用也尚未达成一致观点。本文根据目前发表的文献，就自体牙移植物的生物学性能、影响因素以及其在骨增量术的应用现状等方面作一综述。
    1.自体牙移植物的应用基础
    1.1生物相容性
    从胚胎学角度来看，牙齿与上下颌骨都由神经嵴来源的细胞发育而来，其组成成分也与骨组织类似，且具有无抗原性和避免疾病传播的优势，这提示了牙体组织在骨再生工程中的潜在用途。早期，为避免损伤下颌神经管，有文献提出下颌第三磨牙冠切术，发现截冠后，剩余的牙根表面被新生牙骨质与编织骨覆盖，可与牙槽骨融合并长期保留。
    同时，有病例报道在骨性粘连的牙根或阻生牙内植入钛植体，也可获得种植体稳定性，且远期发生炎症的概率较低。2009年Kim等首次于牙槽外科手术中利用自体牙，获得了理想的骨增量效果。后期组织切片显示，自体牙移植物被新生骨所包绕，并逐步吸收替代，在各个时间点都没有发现明显炎症细胞的浸润迹象。目前，自体牙与骨组织之间良好的生物相容性已被大量实验所证明。
    1.2骨引导与骨诱导
    X射线衍射证明牙体组织内存在羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）、磷酸三钙（tricalcium phosphate，TCP）、无定形磷酸钙（amorphous calcium phosphate，ACP）以及八磷酸钙（octacalcium phosphate，OCP），这些无机成分可被破骨细胞所分解，有类似于骨组织的重建机制，在移植区可作为新骨形成的支架。
    此外，骨骼中发现的大多数蛋白质，如Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原以及骨形态发生蛋白（bone morphogenic proteins，BMPs）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）、骨钙素（osteocalcin，OCN）等多种生长因子，也可在牙体组织，尤其是牙本质中找到，它们诱导成骨分化、参与调节胶原矿化与晶体生长，在促进骨骼形成方面起主要作用。
    Kim等将人脱矿牙本质颗粒植入裸鼠皮下肌肉袋中，2周后组织学观察显示，牙本质颗粒表面有成骨细胞、矿化的胶原与骨细胞出现。一些研究还证明，牙本质脱矿后获得的Ⅰ型胶原支架，可以作为生长因子BMPs的潜在载体，在骨缺损区发挥持续的诱导新骨形成功能。
    2.影响自体牙移植材料成骨的因素
    2.1取材部位
    目前，应用于临床的自体牙移植材料主要来源于牙根、牙本质或自体牙根。牙本质是构成牙齿的主体，其无机和有机组分的比例，也与牙槽骨最为近似：牙槽骨的无机物含量为65%，有机含量为25%。而构成牙本质结构的主要成分，无机成分——羟基磷灰石约占70%～75%，有机成分以Ⅰ型胶原蛋白为主，约占18%，剩余的有机组分包括非胶原蛋白、碳水化合物、脂质等。
    钙、磷离子溶出测试表明，除了具有类似于自体骨的结构和成分外，以牙本质为主的牙根相比于牙冠有更高的钙/磷离子溶出率，由此可以推测牙根具有较优的骨引导能力。此外，牙本质的基本组成结构——牙本质小管，直径从900～2500nm不等，在移植微环境中为生长因子释放与养分传递搭建了天然网络。
    与牙本质以及骨骼不同，牙釉质几乎不含胶原蛋白，并且具有更高的无机物含量：96%～98%，其余2%～4%为水、脂质和各种肽类。体外研究证明，由于釉质有较高的结晶度和矿物质含量，很难被破骨细胞吸收，并可能导致纤维整合。然而，Qin等在新西兰白兔模型上利用自体牙制备的牙片修复下颌骨缺损，研究发现，除了朝向基骨的牙本质面与骨整合外，面对骨膜的釉质表面也出现了意想不到的新骨形成，并推测这可能是由于钛钉撑起的软组织和移植物之间的间隙，使得具有成骨能力的细胞长入所导致。
    牙骨质的结构与骨板类似，且其中的成牙骨质细胞和成骨细胞具有类似的形成硬组织的能力。二者均可以分泌碱性磷酸酶，并在细胞外基质中形成矿化结节。盾构术的应用已经证明，由成牙骨质细胞形成的新生牙骨质可以直接沉积在钛种植体的表面，部分形成“种植体－牙骨质结合”。然而，Schwarz等、Becker等学者则认为，牙骨质层会影响植入材料的改建。因此，为了达到替代性牙根吸收，应将靠近受植面的牙骨质去除，相反，移植牙根靠近骨膜面的牙骨质则可以保留来维持空间稳定。
    目前关于自体牙作为骨增量材料时是否保留牙髓仍存在争议。一方面，牙髓干细胞具有成骨特性，Schwarz等证明牙髓成牙本质细胞诱导钛种植体的“牙骨质沉积”。然而，他们在新近研究中发现，是否去除牙髓对骨增量术后新骨的形成没有显著影响（（7.70±6.54）mm2vs.（10.38±6.55）mm2）。
    2.2感染牙根
    牙髓和牙周感染是拔牙最常见的原因。然而，骨增量过程中如果发生微生物污染，会导致成骨的能力下降以及骨骼吸收，从而影响手术效果。目前对于感染牙根的处理及其在骨增量手术中会造成多大程度的影响尚无统一定论。Schwarz等分别采用健康天然牙、牙髓治疗后牙和牙周炎牙来源的牙根在比格犬的颌骨缺损部位进行骨增量，在经过完善的牙髓治疗或根面刮治后，没有位点发生伤口的感染、肿胀。
    组织形态学分析显示在感染牙根周围无炎症细胞集聚，并且三类牙根在新骨形成和种植体结合率没有统计学差异。这与Becker等使用MicroCT形态计量分析的研究结果一致。但值得注意的是，Schwarz等进一步研究发现，经过牙髓治疗的牙根术后创口裂开的风险更高，这导致移植物的暴露与吸收，甚至与宿主骨的分离，并最终影响种植体的初期稳定性。
    对于作为移植材料的感染牙根，临床常用的灭菌方式有环氧乙烷、高温高压等。目前体内体外研究均已证明高压灭菌影响牙齿的抗折能力。动物实验显示，高压处理后的种植体接触率（bone implant contact，BIC）明显低于对照组，并且15周后骨增量区域内仍然存在大量不成熟矿化组织，表明高压灭菌可能影响骨整合。其余灭菌过程对牙齿移植物的影响尚待研究。
    2.3脱矿处理
    根据制备方法的不同，Tabatabaei等将自体牙材料分为未经化学修饰的牙本质，脱有机质牙本质以及脱矿牙本质。然而由于牙本质基质蛋白在细胞迁移、粘附、增殖和分化中的重要性，大多数研究都在制备过程中避免使蛋白变性。因此去除有机基质的牙本质较少应用于临床，而采用盐酸、硝酸以及EDTA脱矿是临床最常见的制备过程。脱矿可以增加胶原蛋白的暴露，使牙本质小管变宽，利于生长因子的释放。同时，脱矿后的牙体表面更加粗糙，从而促进成骨细胞的粘附和分化。
    Koga等发现相比于未脱矿牙本质，部分脱矿后的牙本质表面在扫描电镜下有更多成骨细胞附着，在大鼠颅骨缺损区域诱导更多的新生骨形成。这与Rijal等研究的结果一致。然而，过长时间的脱矿也会造成BMPs等成骨相关生长因子的损失，并且破坏牙本质胶原网状结构导致移植材料过快吸收，从而降低骨增量的效果。此外，椅旁即刻制备脱矿牙本质需要耗费约40～120min，一定程度上限制了其临床应用。
    2.4移植物形态大小
    自体牙在去除牙冠后，根据临床需要，可粉碎成颗粒，也可切成块或薄片。而几何形状同样影响移植材料的成骨能力。目前颗粒状的自体牙移植材料的最佳粒径并没有达成共识。有学者将脱矿牙本质颗粒作骨移植材料用在大鼠模型的颅骨缺损处，发现相较于直径180～212μm、425～600μm的小颗粒，800～1200μm直径的大颗粒具有最佳的成骨能力，这与自体骨颗粒的结果类似，当材料颗粒过小时，骨形成开始之前即被吸收。
    然而，Nam等的研究则证明，更大粒径（1000～2000μm）的材料成骨能力反而下降，这可能与巨噬细胞的吸收能力下降有关。上述研究证明，骨再生的能力取决于移植材料吸收速率和颗粒表面新骨形成之间的平衡，且自体牙移植物的粒径与矿化程度相互影响。目前脱矿牙本质颗粒的常用粒径约400～800μm，然而，当矿化程度较高时，小颗粒可能更加适合。
    自体牙块的形态主要由骨缺损区决定，主要为根型或同缺损区大小一致的薄块，有一定的空间维持能力和足够的机械强度。Moon等以及Kabir等学者证明，带有钻孔的牙块可以促进血管再生和骨细胞的长入，有助于受植区的新骨形成。
    3.自体牙移植物的转归
    Tanoue等使用FIB/SEM断层扫描检测了受植区牙本质和周围骨组织之间的超微结构，发现牙本质小管内被骨细胞的细胞突起与骨样组织充满。Al-Asfour等也证实成骨细胞在牙本质整合中的重要性，研究者通过新西兰白兔构建的骨缺损模型显示，植入牙本质被新生骨替代的速率与距胫骨骨皮质的距离正相关，表明开放骨髓腔可能有利于牙本质与基底骨的整合。
    牙本质颗粒植入到受植部位后，被新生血管和富含细胞的结缔组织所包绕，其携带的BMPs等生长因子可诱导间充质细胞分化为成骨细胞，分泌基质矿化成新骨；同时，从造血干细胞分化而来的破骨细胞也迁移到颗粒的表面引起牙本质吸收。临床研究也发现，在骨增量术后4、5、6个月的随访时间，术区新骨生成，包绕牙本质颗粒，且剩余牙本质的量逐步减少；在二期种植时，骨增量区域基本由网状的编织骨所充盈。
    然而，在利用自体牙块进行骨增量时，Schwarz等发现仍余留有部分牙本质尚未被新生骨完全取代。自体牙块的外轮廓通常保存完好，但在种植窝预备时丰富的出血暗示了已经有血管化良好的组织取代了牙块表面下的区域。在较高骨转换率的动物模型中，二期种植时牙本质则基本消失，且组织切片发现自体牙块的种植体接触率与自体骨无统计学差异。
    4.自体牙移植材料的临床应用现状
    4.1自体牙颗粒/粉末
    颗粒/粉末状自体牙主要来源于智齿、滞留乳牙或无保留价值的恒牙。经过清洗、截冠后，将获得的牙根研磨为400～800μm直径的颗粒，可应用于需要进行骨移植的部位。Andrade等以及Pohl等学者将自体牙本质颗粒与富含血小板的纤维蛋白联合应用于牙槽嵴位点保存，组织形态学分析与X线观察发现，受植区有良好的新骨形成，且牙槽嵴宽度稳定，证明自体牙颗粒在位点保存的效果良好。
    韩国于2009年已开展牙齿银行（tooth bank，TB）贮存患者的牙齿，后期根据临床需要经过脱水脱脂、冻干、灭菌和磨碎过程制成自体牙骨粉（autotooth bone graft material，AutoBT），应用于各类骨增量手术。Pang等发现AutoBT在牙槽嵴增量中，可获得与无机牛骨一致的骨增量效果和种植体稳定性，并且在组织学上新骨形成率无统计学差异。
    Ramanauskaite等发表的系统性回顾调查显示，对比单独使用AutoBT颗粒和结合可吸收膜于骨缺损区，发现骨增量在统计学上没有显著差异。但是在大面积缺损中，缺乏刚性结构的支持，颗粒状植骨材料维持空间稳定性的作用可能较弱。为提高移植物的空间维持能力，有研究采用块状牙体用于牙槽嵴增量。
    4.2自体牙块
    自体牙块相较于自体牙颗粒，有更好的空间维持能力。Schwarz等发现，将阻生齿或无保留价值患牙的牙根块沿纵轴剖开，修整成合适形态后，类似于Onlay植骨的方式用钛钉固定于受植区，可获得稳定的骨增量效果，且种植体植入时可达到良好的初期稳定性。
    在一项共纳入30个病例的前瞻性对照研究中，将自体牙块与自体骨的骨增量临床效果作比较。放射结果显示自体牙块组的牙槽骨平均增加的宽度可达（5.53±1.88）mm，略高于自体骨组的（3.93±1.41）mm，这可能与牙根外表面牙骨质层的保留，有利于胶原纤维附着并防止牙根表面吸收有关。
    Lee等和Kim等报道了使用脱矿后的自体牙本质块进行骨增量时，发生了创口开裂的病例，但未出现明显的感染，表明移植物可能有一定的抗感染能力，即便部分暴露，受植区发生感染的机率也较低。
    4.3自体牙片
    研究证明，1～2mm厚度的牙本质片也有足够的强度用作空间维持以承担缺损处的机械负荷。基于Shell技术，去除表面釉质和牙骨质后，牙本质块可沿冠－根方向切成多个≤2mm厚度的牙片固定到骨缺损区。
    Xiao等分别使用自体牙片和骨片进行牙槽嵴增量，延期植入植体，6个月后CBCT显示牙片取得的骨增加量（垂直向（2.91±3.75）mm，水平向（4.20±4.20）mm）与自体骨移植（垂直向（2.79±3.95）mm，水平向（5.21±2.43）mm）没有统计学差异，组织学结果还发现牙片外轮廓被新骨覆盖，且伴随着表面牙本质吸收。在此基础上，Korsch等也证明，植体植入同期联合应用牙片和牙本质颗粒不会影响种植体的骨整合，并且早期骨吸收较小，3个月内仅有0.3～0.5mm的骨吸收。
    5.总结与展望
    自体牙移植物是一种生物相容性佳，兼具骨引导、骨诱导能力和优秀的空间维持效果的新型骨移植材料。并且，自体牙容易获得，手术创伤小，易被患者接受，具有优越的临床应用前景。然而，目前对于自体牙移植物在骨增量技术中应用的临床研究仍处于初步探索阶段，缺乏临床长期随访与大样本的试验，关于自体牙移植物的最适合的制备条件，以及影响骨增量效果和种植体的长期存活率的因素仍需要进一步研究。