不同口腔骨移植材料的应用概括及研究进展

2019-5-15 09:05  来源:中国口腔种植学杂志
作者:郭必昕 胡献梅 蓝鹏 阅读量:1128

    自体骨是取自患者自身的骨,到目前为止被认为是最理想的植骨替代材料,一直以来,自体骨是唯一同时具有成骨性、骨诱导性和骨引导性的植骨材料。但自体骨的取得需开辟第二术区,同时会增加患者疼痛、出血、及取骨后感染等常见并发症,加重患者的损伤,恢复慢,常常患者不能接受,因此有必要寻找自体骨的替代品。

    为了避免出现自体骨移植的弊端,临床上越来越多采用各种骨组织替代材料进行修复,如异种骨、人工骨合成材料、同种异体骨、多种骨移植材料的混合物以及各种生物因子与骨移植材料的复合材料。各种材料在结构或组成上与自体骨有所不同,在应用中各有优缺点。下面就各种骨移植材料做一简单分析,以便更好的指导临床应用和进一步研究。

    1.自体来源骨移植材料

    1.1自体骨

    一般常用到的自体骨供区有口腔内的下颌颏部、上颌结节、下颌升支、以及手术过程中术野区暴露的骨质,口腔以外的供骨区主要是髂骨,除此之外种植窝制备过程中也能够收集到少量的自体骨骨屑。尽管在过去很长一段时间里,自体骨在引导骨再生的临床程序上受到了骨代用品的挑战,但不可否认因为自体骨具备和人体相同生物学特点、组织结构、机械性能,自体骨现在仍然是骨缺损重建的金标准。

    自体骨具有良好的骨生成特性以及骨诱导特性,自体骨含有降钙素、涎蛋白、骨钙蛋白及骨桥蛋白等,可以参与和促进新骨成熟,还含有活性微血管系统,能够加速新骨的再血管化。自体骨的成骨能力相比其他骨替代材料最强,效果也最稳定,长期以来一直被视为植骨的最佳选择。但是,自体骨也有自身的局限性,自体骨移植以后会发生高达60%以上的骨吸收,新开辟的供骨区增加了创伤部位,造成二次损伤,会延长手术时机,增加了患者的痛苦和费用,供骨区还存在着并发症的风险。大量广泛的骨缺损,存在自体骨骨量受限的问题,所以在引导骨再生的临床程序中,建议将自体骨与骨替代材料联合应用。

    1.2自体牙骨移植材料

    自体牙移植骨材料中包括自体牙的牙釉质、牙骨质、牙本质等,牙釉质中水的含量为4%,有机物的含量为0.6%,总无机物含量为95%。在牙本质中,水的含量为4%,有机物的含量为20%,无机物的含量为70%~75%。在牙槽骨中,水的含量为10%,有机物的含量25%,无机物的含量为65%。因牙本质具有与骨组织非常相似的有机成分和无机成分含量,作为近几年来一种新兴的骨移植材料得到了广泛的关注,牙本质具有价格低廉、易获取、椅旁操作时间短、不易吸收等特点。

    我们现在一般使用的牙本质,它是将拔掉的牙齿经过清洁、粉碎等处理,所制成的由牙本质组成的颗粒状的替代骨移植物,使用前需要通过煮沸、脱矿或者冷冻等方法去除它的免疫原性,提高它的成骨活性。牙本质主要是由I型胶原纤维和羟基磷灰石组成,胶原能够作为生长因子的载体,而羟基磷灰石可以提供新骨形成所必需的钙、磷等无机元素。当牙本质颗粒植入骨缺损区后,BMP缓释系统的形成和不同生长因子的促进作用相结合,可以有效地促进新骨的形成。

    Yasaku的研究证实了牙本质中的无机物有干扰骨诱导的能力,而且脱矿牙本质(DDM)在骨诱导能力的表达中起着非常重要的作用。关于DDM基质,大量的实验已经证明DDM基质里存在Ⅰ型胶原和各种生长因子,包括能诱导骨和软骨形成的骨形成蛋白(BMP)和涉及钙化的非胶原蛋白,如骨粘连蛋白及骨钙蛋白。适当的脱矿但不破坏非胶原蛋白、Ⅰ型胶原和生长因子,使得DDM基质可以维持骨诱导愈合能力。

    自体牙骨移植材料是修复骨组织缺损的理想材料,因其良好的骨诱导能力及生物相容性,所以在临床治疗中被广泛应用。但是自体牙骨移植材料因它的制备方法和使用的形态多变,使其中的含量和成分差异比较大,因此还需要对其成骨效果的影响进行研究,自体牙骨移植材料与其他骨替代材料的联合应用还需要进一步的研究。

    2.同种异体骨移植材料

    同种异体骨是从相同物种的其他个体获得的骨移植材料,它储存于骨库,通常的的获得途径有尸体骨及其他个体手术去除的健康肋骨。同种异体骨有三种类型,包括新鲜冷冻骨(fresh frozen bone,FFB)、同种异体冻干骨(freeze-dried bone allograft,FDBA)和同种异体脱矿冻干骨(demineralized freeze-freeze-dried bone allograft,DFDBA)。Kassolis等将冻干同种异体骨植入硬组织缺损区,结果89%的种植体获得临床成功,组织学分析显示,在冻干同种异体骨颗粒周围形成了骨及类骨质,没有炎性细胞浸润。

    Xavier等认为,新鲜冻干骨的使用,能避免自体骨取骨导致的并发症,能够作为骨移植替代材料于临床应用。FDBA和DFDBA有良好的生物相容性,包含有生长因子如骨形成蛋白等,因此也具有一定的骨诱导能力。脱矿的FDBA还可释放骨形成蛋白,增加了成骨诱导的能力。但是,同种异体骨在脱矿过程中丧失了部分机械稳定性,因此自身不能支持填充材料的较大骨缺损,DFDBA应与能维持空间的材料联合使用。

    同种异体骨除了存在吸收的问题外,FFB还有免疫原性和传播疾病的风险,尽管经过脱脂、脱矿、盐酸胍以及经过X线处理以后,FDBA和DFDBA的免疫原性已显著降低,但相较于自体骨和去蛋白牛骨基质,它的劣势还是显而易见的。

    3.异种骨移植材料

    异种骨移植材料有源自动物的骨基质如去蛋白牛骨基质(deproteinized bovine bine mineral,DBBM)和源自钙化珊瑚或海藻的骨样基质。价格较低,来源比较广泛、是这两种材料的优点。它们的化学成分都是羟基磷灰石,通过各种物理及化学方法去除了骨组织及骨样组织中的有机成分,消除了免疫原性及感染疾病的风险。有研究指出,在上颌窦底提升术中单独使用DBBM就可以获得骨再生,而且吸收率较低目前临床上应用较为广泛的是瑞士Geistlich公司的去蛋白牛骨颗粒(Bio-Oss骨粉),它是经过处理去除所有有机质的牛无机骨基质,去除有机质的方法有热处理和化学萃取两种,现通常为两种方法联合应用。它的化学成分及无机成分与人类骨松质非常相似,新骨以多孔状结构作为支架,能有效促进成骨。

    去蛋白牛骨颗粒具有优异的骨引导性,但它没有骨诱导作用,临床上通常将Bio-Oss颗粒与自体骨颗粒或新鲜血液混合植入骨缺损区,表面行Bio-Gide骨膜覆盖,有利于新骨生成。Liu等研究了延期种植区植入Bio-Oss骨粉的效果,结果表明Bio-Oss骨粉可促进延迟植入骨的结合。体外实验和临床研究均证实去蛋白牛骨基质颗粒的低替代率。因此可以满足长期维持骨增量轮廓。文献上将把从藻类及珊瑚提取的骨基质称为骨样基质,珊瑚类的羟基磷灰石是一种多孔羟基磷灰石,可传导骨细胞长入其多孔支架内,其降解速度适中,能为骨组织的长入提供足够时间的支架作用,但其本身没有成骨诱导活性。

    4.人工合成材料

    人工合成材料一般为异质骨移植材料,包括磷酸钙、生物活性玻璃和聚合物等三种类型,聚合物及生物活性玻璃少见文献报道,我们在此不做详细介绍。其中,磷酸钙类的人工合成材料包括羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)、磷酸三钙(tricalcium phosphate,TCP)和双相磷酸钙(biphasic calcium phosphates,BCP),双相磷酸钙由羟基磷灰石和磷酸三钙混合而成。

    4.1HA

    HA是主要由钙和磷组成的碱性磷酸钙盐,其化学成分接近于骨组织的无机成分,用于骨引导再生时,具有骨引导性,羟基磷灰石不可吸收,它的这种特性有利于维持骨再生空间的稳定。有研究用羟基磷灰石粉末胶原膜作为人工骨移植材料,上颌窦提升后将羟基磷灰石粉末胶原膜置于升高的窦黏膜上,经过4或8周的愈合期进行种植体植入。结果表明种植体周围大量新骨形成,并显示骨结合。有研究上颌窦提升用纳米晶体羟基磷灰石颗粒填充,结果显示在窦区有新骨形成,是异种骨移植材料和自体骨理想替代材料。

    4.2TCP

    TCP存在骨引导性,吸收速度迅速,虽然吸收迅速的特性不利于维持骨再生的空间,但是在它降解的过程中可以快速释放钙和磷酸离子,有利于新骨的成熟,并为骨愈合的爬行替代创造了空间。TCP有高温型的α相和低温型的β相2种。Trisi等的研究结果表明,新骨形成的同时β-TCP也在吸收,不妨碍骨基质的形成,且生物降解性在TCP中最强。β-TCP的化学性质与HA近似,它的理化及生物学特性均优于HA,植入β-TCP后,来自植骨床邻近宿主的骨组织和植入材料的钙磷离子维持其表面钙磷的固-液平衡。这些钙磷离子最终形成钙磷固体沉积在材料表面,形成与骨的直接结合。Lima等研究发现,β-TCP生物相容性和骨传导性良好,但没有骨诱导性。应用在上颌窦底提升术中能够获得和自体骨相似的临床结果。

    4.3BCP

    BCP为磷酸三钙和羟基磷灰石的混合物,具备了两种材料的特点。可以通过调整磷酸三钙和羟基磷灰石的比例调控双相磷酸钙的吸收速率。Danesh-Sani等研究发现,虽然自体骨移植较BCP植骨材料的新形成的骨量明显增多,但BCP组也具备骨传导作用和良好的组织相容性,适合作为一种骨移植替代材料。作为骨替代材料,因其产量高、价格低等,BCP于口腔颌面外科、牙周科及骨科广泛应用。已经被证实了是一种能支持新骨形成的、安全的生物相容性支架,既可单独使用也可与生长因子结合使用。

    5.复合材料

    目前,除了自体来源的骨移植材料,还有各种骨替代材料,但无论哪一种,都无法具有骨形成的所有特性。所以,能够取长补短的复合材料的研究成为了热门,一些生物制剂如富血小板纤维蛋白(platelet-rich fibrin,PRF)、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)、骨髓浓缩物和各种骨移植材料的联合应用得到了广泛关注和研究。

    5.1PRF

    富血小板纤维蛋白(platelet-rich fibrin,PRF)作为第2代血液浓缩制品,不但含有各种细胞因子和血小板,可以有效促进软、硬组织再生,并且具有成本低、易于制备等优点。宋亚平等对比研究珊瑚羟基磷灰石(CHA)与富血小板纤维蛋白(PRF)的复合物成骨和单独使用珊瑚羟基磷灰石成骨,结果发现前者的成骨效能明显优于后者。Choukroun等对比研究了上颌窦外提升术中异体冻干骨和PRF联用与异体冻干骨单用的骨成熟度,结果发现前者4个月的骨成熟度与后者8个月的相似。

    5.2BMP

    BMP是一个得到广泛研究的骨诱导生长因子,通过与骨髓间充质干细胞、成熟的软骨细胞、成骨细胞上的特异性跨膜受体结合来发挥它的引导作用,通过促进骨源性细胞分化为成骨细胞来加快骨形成。重组人骨形态发生蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2)可以促进间充质细胞增殖,形成新的软骨,诱导板层骨、编织骨及骨髓的形成。有研究运用rhBMP-2联合Bio-oss骨粉对前牙美学区20个不同程度的骨缺损位点进行种植修复,取得了良好的成骨效果及美学效果。

    尽管rhBMP-2在骨诱导方面有着很多的优势,但其应用也可能导致一些副作用,比如异位成骨、骨囊肿、局部炎症反应、骨溶解和沉降、术后发热和出血,创伤性损伤,甚至还有诱发癌症的可能性。这可能与BMP-2过高的浓度有关,用于骨移植合适的浓度和剂量还需要进一步的临床试验研究。

    5.3骨髓浓缩物

    骨髓浓缩物是将穿刺获得的骨髓,通过离心、分离的方法后得到的富含血小板和单核细胞的浓缩物,其中血小板可以为间充质干细胞的分化和扩增提供高浓度生长因子,骨髓干细胞能促进骨组织的生成。将自体骨髓浓缩物用于骨科及相关学科,能够明显的改善新骨生成的质和量,同时也缩短了骨再生的时间。骨髓浓缩物是将骨髓离心后获得的有核细胞的浓缩物,含有大量的生长因子和骨髓干细胞,能够有效促进骨组织的生成。国内有文献报道骨髓浓缩物与支架材料联合应用能促进骨缺损区新骨生成,且成骨效果较富血小板纤维蛋白更好。

    综上所述,虽然骨缺损仍然是口腔种植临床操作中面临的一大问题,但各种各样骨移植材料的研究也一直在进行。尤其是复合材料的研究弥补了很多单一材料的不足。随着生物材料工程、基因工程等前沿学科的发展,使研究出同时具有良好骨生成、骨诱导及骨引导特性的骨移植材料成为可能。当然,如何应用这些新型的复合材料,才能发挥它们最大的优势,还有待进一步基础研究和临床实践。

编辑: 陆美凤

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