硅酸钙类盖髓剂生物学性能的研究进展

2018-12-7 17:12 来源:国际口腔医学杂志
作者:陈燕活 安少锋 高燕阅读量:1911

    龋病治疗和牙外伤常发生牙髓意外暴露,引起牙髓感染,导致牙髓根尖周病的发生。利用生物活性材料如盖髓剂保存生活牙髓,促进根尖发育完成,是治疗意外露髓,尤其是根尖未发育完成的年轻恒牙的理想方法。理想的盖髓剂应具有良好的密封性和稳定的理化性能,能诱导牙髓细胞分化形成修复性牙本质,易于操作等特点。目前临床常用的盖髓剂为氢氧化钙类和硅酸钙类。

    氢氧化钙是经典的盖髓剂,是评价盖髓剂性能的金标准,但其强碱性会引起接触的牙髓组织凝固性坏死,继而发生根管钙化堵塞、根管内吸收等并发症,导致盖髓治疗失败,在牙髓本身存在炎症的患牙中失败率更高。因此建议氢氧化钙类盖髓剂适用于机械性意外露髓,牙髓为非感染状态的病例。硅酸钙类材料因其具有良好的理化性能、生物相容性以及抗菌作用等,近年来已被广泛应用于活髓保存治疗中,并取得了良好的效果。临床常用的硅酸钙类盖髓剂主要有三氧化矿物凝聚体(mineral trioxide aggregate,MTA)、iRoot、BioAggregate(Innovative BioCeramix公司,加拿大)和Biodentine(赛普敦公司,法国)等。

    1. 常见硅酸钙类盖髓剂

    目前最广泛使用的硅酸钙类盖髓剂为MTA,主要成分为硅酸钙、铝酸钙、硫酸钙及氧化铋,常用的商品化MTA有ProRoot MTA(Dentsply公司,美国)以及MTA Angelus(Angelus公司,巴西)。MTA颜色上分为白色三氧化聚合物(whiteMTA,WMTA)和灰色三氧化聚合物(grayMTA,GMTA),GMTA含有氧化锰、氧化亚铁等,以致颜色与WMTA不同。波特兰水门汀(Portland cement,PC)的成分及理化性能与MTA相似,但PC不含氧化铋,因此不具有X线阻射性,不利于治疗过程及术后的追踪观察。

    已有研究证明,MTA可促进人牙髓细胞增殖、分化,诱导暴露的牙髓组织矿化形成牙本质桥,较少引起牙髓组织局部炎症、坏死。但MTA存在一定的缺陷,如临床操作困难、固化时间较长、治疗后牙体变色等。MTA含氧化铋及铝酸盐,且可释放重金属离子,这可能增加MTA细胞毒性。iRoot、BioAggregate和Biodentine以氧化钽或氧化锆代替氧化铋,且不含铝成分。iRootSP、iRoot BP、iRoot BP Plus剂型不一样,主要成分类似,广泛用于根管充填、根管修复、盖髓治疗等。iRoot BP Plus因其为膏状剂型,因此在盖髓治疗中更为常用。

    2. 生物相容性

    比较盖髓剂直接接触暴露的牙髓组织,可作为健康牙髓的保护屏障,保存牙髓活力及功能,同时隔绝口腔环境,其生物相容性是决定活髓保存是否成功的重要因素。

    2.1 细胞毒性比较

    细胞毒性是评价材料生物相容性优劣的一个关键指标,盖髓剂所溶出的有害金属离子浓度是影响其细胞毒性的重要因素。Tian等通过检测MTA及iRoot BP Plus浸提液发现,MTA相比于iRoot BP Plus释放更高浓度的有害金属离子,说明MTA具有潜在的细胞毒性可能。Zhu等和Zhang等采用细胞计数试剂盒(cell counting kit,CCK)-8法研究BioAggregate、iRoot BP Plus和MTA对人牙髓细胞活力的影响,发现BioAggreBioAggregate和iRoot BP Plus相比MTA而言,对牙髓细胞生长增殖有早期促进作用。

    Liu等和Agrafioti等通过MTT法测定iRoot BP Plus、Biodentine和MTA对人牙髓细胞活力影响,发现iRoot BP Plus和Biodentine在早期促进牙髓细胞生长增殖上均较MTA更优。Poggio等在激光共聚焦显微镜下观察,比较Biodentine,MTA,Dycal(氢氧化钙类)对鼠成牙本质细胞凋亡的影响,结果显示:Dycal组细胞凋亡数明显增多,而Biodentine,MTA均未对鼠成牙本质细胞凋亡起促进作用,且两者无显著差异。De-Deus等在iRoot BP与MTA浸提液中培养人成骨细胞,以四氮唑复合物比色法、中性红和结晶紫染色,检测细胞存活率及细胞膜完整性,在四氮唑复合物比色法试验中发现,iRoot BP作用于人成骨细胞时细胞线粒体活性明显减少,但中性红和结晶紫染色结果显示,iRoot BP不影响人成骨细胞膜完整性和细胞密度,研究者推测 iRoot BP影响的是细胞代谢水平而非细胞膜完整性和细胞密度。

    由此可见,硅酸钙类盖髓剂均未显示抑制细胞的生长或增殖,BioAggregate、iRoot和Biodentine可促进牙髓细胞早期增殖,显示其良好的生物相容性,而MTA由于释放较高浓度有害金属离子,具有潜在的细胞毒性。

    2.2 细胞黏附性比较

    盖髓剂与牙髓组织的相互作用十分复杂,主要过程为募集牙髓干细胞,使细胞迁移、黏附于盖髓剂表面,继而在相应牙髓组织之上形成修复性牙本质,细胞迁移和黏附是盖髓术初始阶段的关键现象。细胞在盖髓剂表面的附着形式影响附着后的细胞功能,其中包括细胞分化,延展的细胞附着形式表明盖髓剂良好的生物相容性,并利于细胞功能的发挥。在研究人牙髓细胞在Bio-Aggregate、MTA以及iRoot BP Plus上的黏附状态和分布情况的实验中,通过扫描电镜、免疫荧光检测等方法发现三者均可促进细胞的迁移、黏附、黏着斑与纤维束形成,其中BioAggregate试样上的附着的细胞较MTA更为平滑、延展。

    3. 生物诱导活性比较

    盖髓剂的生物诱导活性主要指可诱导牙髓细胞向成牙本质/成骨分化,促进组织矿化,形成高质量的修复性牙本质桥,达到保存活髓的目的。

    3.1 体外研究

    3.1.1 成牙本质/成骨分化和矿化相关标志物的表达

    当牙髓细胞成功向成牙本质细胞分化时,可分泌矿化相关的非胶原蛋白,如牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein,DSPP),被认为是功能性的成牙本质细胞特异性生化标志物;牙本质基质蛋白1(dentin matrix protein 1,DMP-1),是成牙本质细胞标志物,其特异性较DSPP低;骨钙素(osteocalcin,OCN)、骨粘连蛋白(osteonectin,ON)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是实现骨和牙本质矿化能力的主要非胶原蛋白。

    BioAggregate、Biodentine、iRoot BP Plus与MTA均可上调OPN、OCN、DSPP以及DMP-1基因表达,其中iRoot BP Plus与BioAggregate上调作用较MTA明显。碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)是具有成骨向分化潜能的细胞的一种外酶,它的表达活性是成骨分化的一个明显特征,ALP染色可作为判断细胞成骨向分化的指标。研究显示,iRoot BP Plus、BioAggregate及Biodentine可使牙髓细胞ALP活性增高,或上调ALP基因的表达。Chang等通过ALP染色比较BioAggregate、Biodentine和MTA诱导成骨分化的能力,结果显示BioAggregate、Biodentine与MTA组相比较,均无显著差异。

    综上,硅酸钙类盖髓剂均可上调成牙本质/成骨分化和矿化相关标志物的表达,其中iRoot BPPlus、BioAggregate及Biodentine相比于MTA上调作用更明显,显示出更大的诱导成牙本质/成骨分化潜能。

    3.1.2 矿化结节形成的比较

    茜素红染色法是常用的观察细胞矿化结节的方法,具有成骨分化特性的细胞在特定的矿化培养基中培养一段时间,细胞表面沉积钙盐,形成矿化结节,用茜素红溶液对细胞进行染色,茜素红可与钙离子螯合,形成红色或紫红色复合物,是直观判断细胞是否成骨向分化的方法之一。Chang等通过茜素红染色比较BioAggregate、MTA及Biodentine诱导牙髓细胞成骨分化能力,发现在成骨诱导的第14天,BioAggregate组钙化结节形成数量较MTA组多,Biodentine与MTA组无显著差异,说明BioAggregate其促成骨分化潜能更大。

    3.2 体内研究

    与体外研究结果相似,硅酸钙类盖髓剂显示出良好的生物诱导活性。Azimi等和Nowicka等通过随机对照试验评价iRoot BP、Biodentine和MTA对健康人前磨牙牙髓切断盖髓治疗效果,术后6周进行组织学检查评估牙髓炎症状态以及钙桥的形成情况,发现iRoot BP、Biodentine和MTA组在盖髓处均有牙体硬组织及钙桥形成,组间差异无统计学意义。在动物实验研究中,Liu等和Shi等以iRoot BP Plus和MTA在Wistar大鼠第一磨牙、比格犬尖牙进行直接盖髓,术后进行组织学检查,可观察到MTA、iRoot BP Plus组有连续致密的修复性牙本质桥形成,基本无炎症细胞,iRoot BP Plus组在牙本质桥下方可见成牙本质细胞的极性分布。

    Tziafa等以Biodentine和MTA在猪的牙齿进行直接盖髓,Kim等以Biodentine、BioAggregate与MTA对小鼠第一磨牙进行直接盖髓,均发现Biodentine、BioAggregate和MTA能诱导牙髓暴露界面形成连续性钙桥,且未观察到牙髓组织明显炎症反应。

    3.3 生物诱导活性的可能机制

    目前,关于硅酸钙类盖髓剂生物诱导活性的分子机制研究仍处于探索阶段。MTA促进牙髓细胞成牙本质/成骨分化与其释放钙离子,以及丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路相关。MAPK是一种胞浆内广泛分布的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶,包括3种蛋白激酶家族,细胞外信号调节蛋白激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和p38 MAPK,参与细胞多种生理过程,包括细胞增殖、凋亡、黏附和迁移等。Jung等探讨Biodentine和BioAggregate的生物诱导活性是否同样与MAPK通路激活相关,发现两者均可使ERK、p38 MAPK和JNK磷酸化,而添加MAPK抑制剂后,发现牙髓细胞成牙本质/成骨分化和矿化能力下降,由此验证MAPK通路参与了Biodentine和BioAggregate促牙髓细胞成牙本质/成骨分化的过程。

    成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptor,FGFR)的激活可使组织修复和再生。细胞迁移是组织修复的关键过程,需要细胞骨架重构以相适应。Zhang等探讨iRoot BPPlus促进牙髓修复过程是否与FGFR活化相关,结果发现iRoot BP Plus可激活FGFR、p38 MAPK、ERK、JNK和和蛋白激酶 B(protein kinase B,Akt)信号通路,而添加FGFR抑制剂则阻止了以上信号通路的激活。通过Western blot、细胞免疫荧光染色显示iRoot BP Plus可促进黏着斑和纤维束形成,直接反映了iRoot BP Plus促进细胞骨架重构的发生。说明iRoot BP Plus通过FGFR介导的MAPK和Akt信号通路,参与牙髓修复过程。

    4. 临床应用研究进展

    4.1 病例选择

    活髓保存治疗最常应用于根尖未发育完成的年轻恒牙发生龋源性、机械性或外伤意外露髓。此外,有研究者通过随机对照临床试验发现,Biodentine和MTA进行乳牙牙髓切断后盖髓治疗,均有较高的成功率。MTA在乳牙龋源性露髓或机械性露髓中,治疗成功率均较高,两者无显著差异。对于根尖已发育完成的恒牙,若发生龋源性露髓,根管治疗是目前临床的常规选择,活髓保存治疗的病例报告或临床研究相对贫乏。基于硅酸钙类盖髓剂优越性能,有研究者对龋源性露髓,其中包括不可复性牙髓炎的恒牙,以MTA、Biodentine进行牙髓切断后盖髓治疗,均显示可靠的临床疗效。但在此情况下,病例选择需十分谨慎,要求牙髓切断后的出血,在生理盐水棉球压迫5 min以内可停止,表明根髓未被感染;患者年龄越大,牙髓纤维化程度越高,血供减少,因此治疗失败风险较高。

    Hashem等以Biodentine和玻璃离子对可复性牙髓炎的恒牙进行间接盖髓治疗,发现两者具有相当的治疗成功率,并且发现症状的严重程度与盖髓治疗预后密切相关,症状越严重,其术后转变为死髓的可能性则越大,提示可复性牙髓炎若出现持续数分钟冷热刺激痛,需止痛药缓解的情况,其间接盖髓治疗失败率较高。总结以上研究,活髓保存治疗的病例选择十分重要,直接影响其治疗预后,需要临床医生判断牙髓状态、根髓感染情况,结合患者年龄等。目前临床研究有限,需要更多大样本临床试验和长时间的临床追踪,为病例选择提供更严谨的参考,提高活髓保存治疗的成功率。

    4.2 可能并发症

    iRoot BP较MTA易出现盖髓治疗后一过性冷刺激敏感症状,组织学检查发现iRoot BP组牙髓组织存在轻中度炎症,但仅发现单核白细胞,而未发现中性粒细胞,可排除急性炎症,推测与机体免疫状态相关。牙冠变色是MTA临床应用中的明显缺陷,在对各类硅酸钙类盖髓剂致牙冠变色的研究中,发现MTA致牙冠变色最为明显,BioAggregate次之,而iRoot和Biodentine则不会导致牙冠变色。

    4.3 临床操作

    MTA固化时间长,Biodentine、iRoot和Bio-Aggregate固化时间均明显短于MTA,且iRoot为预混剂型,为临床操作提供便利性。iRoot BPPlus的固化反应需要水的参与,所以口腔内湿润环境不会影响材料的固化,且在固化过程,材料体积不发生收缩。

    5. 结语

    综上所述,新型硅酸钙类盖髓剂iRoot、Bio-Aggregate与Biodentine的生物学性能略优于MTA,并显示出更大成牙本质/成骨分化诱导潜能,其生物诱导活性机制与FGFR介导MAPK信号通路相关。MTA和Biodentine盖髓临床疗效可靠,iRoot和Biodentine不会导致牙冠变色,临床操作较MTA更为方便,在活髓保存治疗中具有良好的应用前景。但新型硅酸钙类盖髓剂临床应用时间较短,需要更多大样本病例研究和远期临床疗效观察。

编辑: 陆美凤

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