炎症、肿瘤、创伤或发育性疾病等都可能导致牙槽骨缺损,限制临床医生恢复牙齿的功能,通常需要进行组织再生手术。尽管自体骨移植被认为是牙槽骨再生的金标准,但存在取材有限、创伤大和移植物吸收率较高等问题,因而寻找更为理想的组织再生材料成为当前研究的热点。
一些研究者提出将血浆制品与骨替代品如异体骨、异种骨或非骨移植材料等混合,制成一种复合生物材料,被称为黏性骨(sticky bone)。2015 年Sohn等将黏性骨定义为纤维蛋白包裹的固化黏性网络骨移植物,即颗粒状骨粉通过纤维蛋白网络相互连接,即便使用一定外力也不会散开,并进一步描述了黏性骨的制作过程和黏性骨在骨缺损再生修复中的临床应用。
同年Mourão等提出了牛排样骨移植物(steak for bone grafting),在不使用抗凝血剂或其他添加剂的情况下,将可注射型富血小板纤维蛋白(injectable-platelet rich fibrin,i-PRF) 加入到骨移植物中,从而形成一种凝集良好的复合型移植物。本文就黏性骨的相关研究进展进行综述,以期能为黏性骨更广泛的应用提供参考和依据。
1.黏性骨的演变
血小板浓缩物已广泛运用于拔牙窝位点保存术、上颌窦底提升术、辅助牙周再生手术及牙髓再生术等手术治疗中,并取得良好的治疗效果。富血小板血浆(platelet rich plasma,PRP) 和富含生长因子的血小板(platelet rich in growth factors,PRGF) 被认为是第1代血小板浓缩物或者聚合物,需要用抗凝血剂、牛凝血酶和/或氯化钙抗凝剂等诱导形成纤维蛋白凝块。
PRP的血小板浓度为静脉血的3.38倍,具有丰富的血小板源性生长因子和转化生长因子,可以促进组织愈合和提高骨形成率,已经在口腔颌面外科手术中应用。PRP可以与颗粒骨粉混合后加入牛凝血酶和氯化钙,实现纤维蛋白聚合。但有研究证实:PRP中加入抗凝血剂会干扰血小板介导的血管生成和再生过程,且其对骨再生的影响存在争议,故现在临床已经较少使用。
第1代血小板浓缩物或者聚合物虽然具有一定的引导再生能力,但是由于制备过程中需要使用一些添加剂,可能会导致免疫排斥反应的发生,现在已经很少使用。第2代血小板浓缩物或者聚合物由Dohan等学者提出,以富血小板纤维蛋白(platelet rich fibrin,PRF) 为代表,仅使用患者自身的静脉血制备而成,是没有添加任何抗凝剂或其他化学成分的纤维蛋白聚合物。
PRF可以通过垂直或水平离心方法进行制备,提取时使用恒定的离心转速以分离红细胞层,获得自然凝固的纤维蛋白层,进而收集到富含细胞因子和生长因子的PRF。Rodella 等提出的浓缩生长因子(concentrated growth factor,CGF),则是将静脉血进行2 400~3 000 r·min-1的变速离心,离心约14 min,以获得富含生长因子和CD34阳性细胞的纤维蛋白基质。PRF或CGF虽然含有更为浓缩的生长因子,且不含添加剂,但与第1代聚合物PRP和PRGF的状态不同,其纤维蛋白已经聚合,难以与骨代用品充分混匀,不能很好地用来稳定和包裹颗粒或粉末状的骨代用品和自体骨。
可注射富血小板纤维蛋白(injectable-plateletrich fibrin,i-PRF) 是通过改进制备时的离心力而开发出的一种液状PRF。i-PRF中的液体纤维蛋白原缓慢转化为纤维蛋白,形成了包含大量血小板、白细胞、Ⅰ型胶原蛋白、骨钙素和生长因子的三维纤维蛋白网络,并在促进干细胞的黏附、分化、迁移、增殖和矿化方面都表现出一定的潜能。
自体纤维蛋白胶(autologous fibrin glue,AFG) 也是一种可以缓慢自凝的液态纤维蛋白原。静脉血通过短时间变速离心后,其上层淡黄色液体即为液态纤维蛋白原,具有一定的促进伤口愈合和骨形成的作用。
将液态的可凝结的i-PRF或AFG和骨替代品按照一定的比例混合,可以得到一种柔韧、灵活且具有一定可塑性的生物活性支架——黏性骨。i-PRF和AFG初期为液态,且不含添加剂,在减少免疫原性问题的同时,能更好地与骨代用品均匀混合,形成一个较为均匀且紧密的纤维蛋白团块,易于维持术区植骨空间的稳定。
综上,黏性骨在受益于自体血浆制品的生物活性特点的同时,通过与纤维蛋白在三维空间上的充分结合,获得一种较好的凝集支架材料,使移植物能够更精确且完整地植入受植区域内,更好地促进组织愈合和骨再生过程。
2.黏性骨的制备方法
2.1运用AFG制备黏性骨
运用AFG制备黏性骨是最早被提出的,需要同时制备AFG和CGF膜。制备方法如下:抽取患者前臂静脉血20~60 mL,一部分收集到1~2个白色盖子的非涂层真空采血管中,以获得AFG,另一部分收集到2~7个红色盖子的内壁粗糙的玻璃真空采血管中,以获得CGF;为获得更高浓度的生长因子,使用2 400~2 700 r·min-1变速离心,离心2 min后停止,仅取出AFG管,收集上层液态的AFG,其余继续离心12 min,用于制备CGF。
CGF管显示3个不同的层:最上层是缺乏血小板的血浆, 中间层是纤维蛋白棕黄色层(CGF层),底层是红细胞层。CGF层为一个密集的聚合纤维蛋白块,将其放入金属存储箱中,用金属盖压缩转化为CGF膜。将获得的AFG与颗粒骨粉混合,5~10 min可聚合成黄色的黏性骨。为了加速AFG的聚合,在AFG和颗粒骨粉混合时,加入CGF层压缩后的渗出物,渗出物中含有生长因子和自体凝血酶,因此1 min即可聚合成红色的黏性骨。
2.2运用i-PRF制备黏性骨
将i-PRF与骨代用品混合制备黏性骨的过程如下:首先使用无任何添加剂的试管采集患者自身静脉血9 mL,将静脉血置于水平离心机中,以3 300 r·min-1转速离心2 min,试管上层的橙色区域即为iPRF。使用无菌注射器收集i-PRF并置入金属罐,静置5 min后,逐渐加入羟磷灰石颗粒的骨移植物,15 min内可以观察到混合物的聚合。
也有学者报道了另外的制备方法:采集患者自身静脉血20 mL,700 r·min-1离心3 min,得到的上层液体即为iPRF,将iPRF与异体骨或明胶纳米颗粒混合即可得到新型复合生物材料。
2.3运用其他血浆制品制备黏性骨
运用PRF 与骨代用品混合制作黏性骨。Csönge等为了获得最佳的组织修复膜,从外周血中获得尽可能多的细胞因子,在患者静脉和肱动脉用止血带强烈按压30 s,在手臂短暂缺氧期间,大量细胞因子被释放到血管系统中以修复“受伤”区域,采集这种状态下的静脉血,375 r·min-1离心10 min,用以制备折叠的富血小板纤维蛋白(folded platelet rich fibrin,F-PRF)。
F-PRF的制备方法如下:在凝胶化早期,使用不锈钢压缩装置挤压纤维蛋白凝块中的液体,膜可以形成不同的形状,用钳子夹住膜的角折叠膜4~5次,将骨颗粒和血细胞完全包裹在致密的纤维蛋白网络中,以减少颗粒损失。该研究还发现:每毫升含0.125 g人冻干皮质骨基质明胶的血浆,黏附能力最大,是最理想的组合。也有研究将PRF凝块剪成小碎屑,然后与脱蛋白牛骨矿物质(deproteinized bovine bone mineral,DBBM) 混合,每0.75~1.00 g DBBM与4层PRF膜制成的碎屑混合,制作而成黏性骨。
2.4半自动方法制备黏性骨
黏性骨的制备多依赖于手动处理,为了简化黏性骨的制作,一种半自动的制作装置——黏性骨制备装置(sticky bone preparation device,SBPD®)被开发出来。将6 mL静脉血样本收集在10 mL采血管中,管内不添加任何添加剂,收集结束后,取下采血管盖,将过滤器SBPD®插入采血管中,将500 mg牛异种移植物通过一个小的无菌金属漏斗添加至SBPD®装置中,牛异种移植物仍然留在采血管的上部。
密封采血管后,根据CGF的离心参数设置离心机转速为2 400~3 000 r·min-1,离心13 min。离心后骨颗粒仍留在过滤器上方的部分,取出SBPD®即可获得制备好的黏性骨。这种方法可以减少患者的采血量,通过更为简单且标准化的制作过程制备黏性骨。
3.黏性骨的特性
3.1黏性骨的性能
黏性骨是由血浆制品与骨替代品经过一定比例混合制成的复合生物材料。血浆制品中含有丰富的再生细胞,可释放多种细胞因子,包括血管内皮生长因子、转化生长因子β和血小板源性生长因子等,有助于软硬组织愈合和再生。扫描电子显微镜观察显示:黏性骨中的骨代用品表面覆盖着一薄层紧密网络的纤维蛋白。
立体显微镜图像显示:骨代用品颗粒有不规则孔隙,在加载i-PRF后,颗粒被聚集,孔隙被i-PRF填充,形成一个纤维蛋白凝块的整体,在纤维蛋白网上还可以观察到白细胞。组织切片中明显观察到细胞招募的关键趋化因子——基质细胞衍生因子1,进一步促进了植骨区域的新骨形成。
此外,Transwell实验也表明,由于细胞因子的作用,黏性骨中前成骨细胞的迁移能力较单纯骨代用品显著增强。Scarano等发现:添加自体血小板液体的牛骨颗粒复合物的抗压能力,较静脉血和牛骨颗粒的复合物增加175%,较生理盐水和牛骨颗粒的复合物增加875%,其弹性模量也显著优于其他组。抗压能力和弹性模量的增加对于骨移植物的稳定性尤为重要。
临床研究证实:黏性骨由纤维蛋白包绕,骨代用品不易流失,能更好地维持受植区的空间形态。Sohn等总结了黏性骨的一些特点:1) 可塑造性,黏性骨在未完全凝固前可以很好地塑形,适应各种形状的骨缺损;2) 防止移植骨的微观和宏观移动,在愈合期间保持骨增量的体积,同时可减少骨块和钛网的使用;3) 黏性骨中的纤维蛋白包含血小板和白细胞,能释放成骨相关的生长因子,加速骨再生和软组织愈合;4) 与PRP或PRGF不同,AFG和CGF不需要添加生化制剂,使用更加安全;5) 纤维蛋白相互连接,可最大限度地减少软组织长入黏性骨移植物中。
3.2影响黏性骨特性的不同因素
3.2.1骨代用品来源和加工方式
运用黏性骨或单纯使用骨代用品之间存在显著差异,不同的骨代用品与血浆制品混合成的黏性骨也具有一定差异。Kyyak等比较了4种牛骨替代材料与或不与i-PRF混合的成骨效果,发现牛骨替代材料与i-PRF联合使用显著提高了早期碱性磷酸酶和骨形成蛋白2的表达,也显著提高了后期骨粘连蛋白的表达。在整个成骨过程中,高温下烧结的牛骨替代材料的成骨活性和代谢活性均明显高于低温下烧结的牛骨替代材料。
Kyyak等的另外一项体外研究,比较了同种异体骨和异种骨替代材料在含或不含i-PRF的条件下对成骨的影响。该研究发现:含有i-PRF的黏性骨块表现出更好的生存能力、迁移能力和增殖能力,同时碱性磷酸酶的表达量也更高,而同种异体骨替代材料较异种骨替代材料也显示出更为优越的成骨性能。
Mu等在兔鼻窦模型中进行骨增量实验,结果也发现:含有i-PRF的脱蛋白的牛骨矿物质(黏性骨)较单纯脱蛋白的牛骨矿物质,在愈合早期可加速血管形成,完成骨重塑和替代骨移植材料的能力更好,黏性骨组的新骨形成主要发生在基底骨壁和施耐德膜周围,以双向重塑的方式替代了植骨材料,为早期植入提供了良好的环境。这些研究提示:与单纯使用骨替代品相比较,黏性骨具有更好的生物学性能。同为黏性骨的条件下,同源性黏性骨较异种骨代用品,高温烧结者较低温烧结的组织再生性能更好。
3.2.2血浆制品
不同的血浆制品的结构和性能也不尽相同。Kızıltoprak等比较了AFG和i-PRF对腭部创面愈合及术后不适的影响,结果发现:AFG或i-PRF组在第14天的上皮化程度均高于不采取任何治疗的对照组,AFG和i-PRF通过加速伤口愈合,降低术后并发症,对愈合过程有积极作用,而AFG组在疼痛及瘢痕评价指标中均优于i-PRF和对照组,在伤口愈合方面具有更优越的性能。
Zhu等研究了PRP和PRF对骨组织工程中骨形成的影响。该研究将PRP或PRF与骨髓间充质干细胞和骨形态发生蛋白-2混合,注入裸鼠背侧皮下间隙,12周后评估骨形成情况,结果表明:PRF在骨组织工程中的成骨特性优于PRP。Jasmine等研究发现: 富白细胞富血小板纤维蛋白(leukocyte platelet-rich fibrin,L-PRP) 和i-PRF纤维蛋白网络的结构和超微结构存在差异,这与血小板和白细胞浓度的变化和纤维蛋白构象的变化有关,LPRF显示为较粗的纤维蛋白,而i-PRF显示为光滑的薄纤维蛋白。鉴于现有的研究,AFG和i-PRF可能是混合骨代用品制成黏性骨较好的选择。
3.2.3离心转速
不同的离心转速对黏性骨的制备亦有一定的影响。Wend等进行的一项体外研究分析了不同离心转速制备的i-PRF,发现其细胞类型和生长因子释放存在差异,在离心转速/相对离心力分别为2 800 r·min-1/8.466 8 N、1 400 r·min-1/2.361 8 N和7 00 r·min-1/0.588 N的条件下离心3 min,结果显示:低转速会导致炎症细胞、血小板的数量显著增加,而生长因子和细胞因子的释放量也显著增加,该结果提示通过选择性地修改离心转速来改变i-PRF的成分是可行的。
Choukroun等进行了一项类似的研究,系统分析了离心转速/相对离心力分别在2 400 r·min-1/6.958 N、1 200 r·min-1/1.734 6 N、600 r·min-1/0.431 2 N的条件下离心8 min,对i-PRF中白细胞、血小板和生长因子释放的影响。采用流式细胞术检测血小板和白细胞数量,采用酶联免疫吸附试验分别在凝血后1 h和24 h定量分析生长因子浓度,结果发现:低速离心(600 r·min-1/0.4312 N) 的i-PRF中,血小板、白细胞数量和生长因子的浓度均显著增加。
Kargarpour等在相对离心力分别为2.94、6.86、19.6 N的状况下制备液体PRF,时间均为8 min,通过免疫分析法定量分析纤维蛋白原水平,结果发现:6.86、19.6 N相对离心力制备出的液体PRF,上层3~4 mL液体中纤维蛋白原浓度更高。这些研究均表明:低速离心可能获得更多的细胞因子和生长因子,而高速离心可能获得更多的纤维蛋白原,这提示临床上可通过不同的使用目的选择合适的离心参数,以获得更为适合的黏性骨。
4.黏性骨在口腔临床的应用
4.1黏性骨在牙槽嵴增量术中的应用
黏性骨最早被运用在牙槽嵴增量的手术中。在拟种植但存在牙槽骨缺损的区域,黏性骨的应用可以提供相对稳定的成骨移植空间,可以加速软硬组织愈合,并减少愈合期间的骨流失和吸收作用。Sohn等在种植体植入的同期应用黏性骨恢复牙槽骨的水平缺损,该研究发现:术后6个月,打开植骨部位可见牙槽骨的增量效果良好,骨活检取出的标本经苏木精-伊红染色显示,移植物有良好的新骨形成;在2年的随访期后,显示出稳定的美学效果。
Barbu等研究比较了黏性骨和骨壳技术在水平骨增量中的差别,该研究运用锥形束CT测量分析术前和术后6个月牙槽嵴宽度的变化,结果发现:黏性骨和骨壳技术在水平骨增量方面均有显著的骨增量效果,两组之间无统计学差异,但在治疗时间和患者术后反应方面黏性骨优于骨壳技术。
Chandra等在治疗单颗切牙或前磨牙拔除后的Ⅱ型骨缺损时,运用黏性骨或自体骨环移植技术行骨增量手术,结果显示:无论是骨密度、颊/舌侧骨高度、种植体稳定性还是骨活检的矿化组织体积,自体骨环移植组均优于黏性骨组;但黏性骨组也可获得一定的骨再生。其他研究也有类似的结果。
Wang等比较了数字工作流程对黏性骨改善硬组织厚度的影响,在术前、术后即刻和术后6个月进行锥形束CT扫描,评估种植体唇侧顶端向根方0~5 mm处硬组织的厚度,研究发现:在使用黏性骨结合数字工作流程时,更有利于种植体颈部的骨增量。
Wang等还将黏性骨、大直径愈合帽和数字化导板进行分组分析,同样对术前、术后即刻和术后6个月进行锥形束CT扫描,评估种植体唇侧顶端向根方0~5 mm处硬组织的厚度,结果发现:使用数字化导板结合黏性骨组的唇侧骨移植物厚度显著高于其他组。
Thanasrisuebwong等在治疗1例下颌牙槽嵴存在严重的垂直和水平向骨吸收时,采用黏性骨、帐篷钉、胶原膜和PRF膜联合进行骨再生手术,术后8个月显示牙槽骨垂直和水平骨增量均取得了显著的效果,垂直向骨增量超过10 mm,种植体植入术中采集的骨样本显示有正常的新骨形成。
Farshidfar等也将黏性骨分别用于水平和或垂直骨增量手术,获得了令人满意的疗效。Joshi等将AFG与同种异体牙移植物混合制备成黏性骨,用于SeibertⅢ 类缺损的牙槽嵴增量术中,术后4个月通过放射学方法测量牙槽嵴高度和宽度,显示牙槽嵴增量获得成功。
Dayashankara Rao等对需要进行二次牙槽嵴骨增量的单侧唇腭裂患者进行了随机前瞻性研究,分为单纯使用髂骨移植组和髂骨移植联合i-PRF结合改良富血小板纤维蛋白组,采用放射学和临床方法评估治疗的效果,研究表明:与单独使用髂骨移植相比,联合使用i-PRF和改良富血小板纤维蛋白能增强牙槽嵴的骨形成,同时减少骨吸收的发生。
Sureshbabu等将黏性骨用于治疗根尖周炎导致的大面积骨缺损,发现黏性骨很好地充填了根尖周病变的骨缺损区域,覆盖CGF膜后,经过1年的随访,病变部位完全愈合,并且有新骨再生。综上可见,黏性骨在恢复牙槽嵴水平和垂直骨缺损中有良好的可预期的促成骨效果,对软硬组织的愈合均有显著的促进作用。
4.2黏性骨在位点保存术中的应用
目前黏性骨在拔牙后的位点保存上也显示出良好的治疗效果。Rupawala等研究下颌第三磨牙拔除后同期植入黏性骨对局部软硬组织愈合方面的疗效,经过多次随访,与不使用黏性骨的部位相比较,使用黏性骨部位的疼痛、肿胀明显减轻,牙龈愈合较好,骨形成较快,骨密度较高,牙槽骨吸收减少,获得了很好的治疗效果。Ponte等研究上颌磨牙拔除后使用PRF、双相磷酸钙或黏性骨对牙槽骨恢复的影响,结果显示:单独使用PRF或黏性骨获得了较多的骨再生及较少的结缔组织形成,在拔牙后牙位点保存上起着积极的作用。
Soni等将黏性骨运用于治疗尖牙埋伏阻生拔除后的骨重建,黏性骨能很好地维持缺损区域的空间,给后期种植体植入提供良好的空间。这些研究验证了黏性骨在位点保存治疗中发挥着一定的作用,可能成为一种理想的复合生物移植物应用于拔牙后的骨缺损治疗中。
4.3黏性骨在上颌窦底提升术中的应用
黏性骨不仅在牙槽嵴增量和拔牙后位点保存上有一定效果,在上颌窦底提升术的骨愈合方面也表现出良好的作用。Choukroun 等评估PRF联合同种异体冻干骨促进上颌窦底提升的骨再生潜力,经过对组织标本的分析,显示残余的移植骨被新形成的骨和结缔组织包围,愈合时间可以减少4个月。
Duan等介绍和评估一种三合一的技术(拔牙、牙槽嵴保存和上颌窦提升),联合使用黏性骨来实现上颌磨牙牙槽嵴缺陷的重建,术后7~21个月植入种植体,经过8~12个月的功能负荷后评估种植体周围的软硬组织情况,结果显示这种治疗方式获得了很好的软硬组织再生,使得后期植入种植体更为简单,短期内获得种植体功能的稳定。黏性骨在上颌窦底提升术中的应用可以促进周围软硬组织再生,缩短组织愈合时间,并可早期获得种植体的稳定。
4.4黏性骨在预防和治疗牙龈退缩中的应用
黏性骨在治疗牙周组织疾病中也发挥了一定的作用,主要应用于治疗牙龈退缩和牙周辅助加速成骨正畸(periodontally accelerated osteogenic orthodontics, PAOO)。Kapa等在治疗上颌美观区出现孤立的Miller Ⅰ或Ⅱ类牙龈退缩的患者时,采用黏性骨(i-PRF+冻干异体骨移植物) 和i-PRF涂层胶原膜,使用冠向复位瓣进行治疗,在基线和术后6个月记录各项牙周检查的临床指标,并进行影像学检查,结果显示:唇侧骨板的厚度和牙龈的厚度均有显著增加。
Xu等在进行PAOO治疗时,将PRF和脱蛋白牛骨矿物质混合,植入受植区域,覆盖可吸收胶原膜和PRF膜,治疗后牙龈缘冠向移位,牙周组织稳定,影像学检查证实唇侧牙槽骨宽度和高度显著升高。对于薄的牙周生物表型伴有颊骨缺损的成人患者来说,这一治疗可以增加牙槽骨的厚度,减少牙齿拥挤的正畸治疗时间,降低牙龈退缩的风险。黏性骨应用在牙周组织再生领域,在恢复骨缺损的同时也有一定的促进软组织再生的能力,具有一定的改变牙周组织表型的潜能。通过不断的探索研究,黏性骨的应用有望更加深入且广泛。
5.展望
综上所述,黏性骨作为一种安全可靠的新型复合生物材料,在口腔软硬组织缺损的修复过程中具有一定的应用前景。目前已有较多的基础和临床研究充分肯定了黏性骨在口腔软硬组织再生方面的优势,但仍然存在不足之处尚待改进:比如需要额外采集患者自身血液,增加一定创伤;制作方法庞杂,没有较为统一的标准和更优化的配比;目前对于黏性骨的结构和生物学性能方面的研究较少,作用机制仍不明确;现有研究样本量少,尚需长期系统的大样本量研究,进一步探寻其应用于软硬组织再生的证据等。
只有更深入地从机制出发探索黏性骨的理化和生物学特性,进一步统一规范其临床应用方法,才能更充分合理地将其应用到口腔软硬组织缺损的临床治疗中,以得到理想的再生效果。


