【word】 组织工程骨修复牙槽突裂的研究进展

【word】 组织骨修复牙槽突裂的研究进展 组织工程骨修复牙槽突裂的研究进展 ?36? ? 综述? 国际口腔医学杂志第38卷1期2011年1月WWW.gjkqyxzz.cn 组织工程骨修复牙槽突裂的研究进展 张栋杰综述钱玉芬审校 (上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔正畸科;上海市口腔医学重点实验室上海2O0011) 【摘要】牙槽突裂是伴发于唇腭裂的一种常见的先天性发育缺陷性疾病.为消除牙槽突裂患者的口鼻瘘,使裂 隙区以及裂隙两侧的牙齿能正常萌出并能获得良好的牙周附着,这类忠者常常需要作二期骨移植.传统的取自 患者自身新鲜骨的骨移植修复,虽能较好地修复牙槽突裂,但也存在着诸多弊端:受供区取骨量的限制和骨移 植后随着患者的生长和植骨区植入骨的吸收,可能需要多次取骨修复手术,从而增加患者的心理,生理以及经 济负担.组织工程修复骨缺损,为牙槽突裂的修复提供了新的途径.本文就组织工程所关注的种子细胞,支架 材料,信号分子等组织工程骨修复牙槽突裂方面的研究进展,组织工 程骨修复牙槽突裂与正畸的相互关系等作 一 综述. 【关键词】牙槽突裂;组织工程;骨移植;正畸 【中图分类号】R782.2*3r文献标志码】A 【doi]10.3969/j.issn.1673—5749.2011.01.Ol1 ResearchadvancesoftissueengineeringboneonrepairingofalveolarcleftZHANGDang-fie,QIANYu— fen.(Dept.ofOrthodontics,TheNinthPeoplesHospitaLSchoolofMedicineShanghaiJiooTongUniversity,Shang— hai200011,China;KeyLaboratoryofShanghaiStomatology,TheNinthPeople’sHospitalSchoolofMedicine,Shang-- haiJiaoUniversity,Shanghai200011,China) 【Abstract]Alveolarcleftisaco/nlTloncongenitaldevelopmentaldefectaccompaniedwhhcleftlipandpalate.In ordertoeliminateoronasalfistula,improvetheperiodontalconditionoftheteethadjacenttothecleftandprovide bonesupportduringtheperiodofteetheruption,secondarybonegraftingisneededasallessentialprocedurefor alveolarcleftpatients.Freshautogenousbonefromappropriatesites(i_e.iliaccrest)isthe”goldstandard”for alveolarcleftosteoplasty,howeveritisoftenrelatedtothedisadvantagessuchaslimitedavailability,donorsite morbidity,repeatedoperationsduetotheabsorptionofthegraftedboneandbonegrowthofthepatients,allof theseimposeaheavyburdenforthepatients.Toovercometheselimitations,tissueengineeringbonehasprovided predictableresultswithminimaldonor—sitemorbidity.Herewereviewtheth reeprerequisitesconsistofcell,seal- fold,signalingmolecularfortissueengineeringandillustratetherelationshipbetweentissueengineeringboneand orthodonticsforalveolarcleft. 【Keywords]alveolarcleft;tissueen~neering;bonegraft;orthodontics 牙槽突裂缘于胚胎发育期球状突与上颌突的 融合障碍,因而牙槽突裂亦称前腭裂.牙槽突伴 发于唇裂,更多地伴发于完全性唇腭裂【1J,75%的 唇腭裂患者合并有牙槽骨的骨质缺陷【2J.牙槽骨 的完整性与患者面部的美观和牙列行使正常功能 密切相关,未修复的牙槽突裂会导致患者口鼻瘘, 吞咽障碍,发音障碍,上颌骨水平向和垂直向的 不足,前牙区缺乏骨支持,牙列拥挤,面部不对 【收稿日期】2009—09—21;【修回日期]2010—05—31 【基金项目】上海市科学技术委员会平台建设专项科研基金资助项 目(08DZ2271100) 【作者简介】张栋杰(1984一),男,河北人,硕士 【通讯作者】钱玉芬,Tel:021—23271699—5206 称等一系列问题[31,所以对牙槽突裂进行骨移植 重建在唇腭裂序列治疗中不可或缺.患者自身的 新鲜骨是非常理想的移植材料,它能提供与机体 免疫相容的成骨细胞,是骨移植修复的金标准. 自身骨可从患者的髂骨,下颌骨,胫骨和颅骨等 部位获得[4J.然而,自身骨骨源却受供骨区位置, 供骨形状和获取的骨量有限等影响,此外还存在 取骨部位新的创伤,瘢痕,出血,感染和疼痛等 不足嘲. 组织工程技术的兴起,为牙槽突裂骨修复提 供了快速的组织再生和与周围组织相融合的新途 径.与传统的髂骨移植术相比较,组织工程修复 可明显减少患者的痛苦和总体费用.在避免供区 国际口腔医学杂志第38卷1期2011年1月～ , gjkqyxzz.cn 新的创伤方面,组织工程修复牙槽突裂缺损被 认为是一种最好的方法阎.本文从细胞,基质(支 架),信号分子3个方面就组织工程骨修复牙槽突 裂的研究进展,组织工程骨修复牙槽突裂与正畸 的相互关系作一综述. 1种子细胞的选择 理想的种子细胞须没有免疫排斥,没有移植 物抗宿主反应,无致瘤性,获取便捷且可大量获 取,可控制细胞的增殖速度,须有可预测且持续 的成骨潜力,须有与周围组织整合的能力[7】.可 用于骨组织工程的种子细胞较多,例如牙髓中的 干细胞能增殖分化成间充质细胞和成骨细胞,能 在一段较长的时间内保持高的增殖潜能嘲.脂肪 组织来源的间充质干细胞以及为解决获取自身干 细胞种种限制而出现的无免疫原性的通用型细胞 系的研究,为组织工程提供了新的种子细胞选择. 1.1间充质干细胞 问充质干细胞可分化为骨,软骨,容易获得 并可多次抽取,在组织工程领域得到了广泛应用, 成为再生医学研究中的一种标准[9】.骨髓基质干 细胞(bonemarrowstromalcell,BMSC)作为组织 工程的种子细胞有以下优点:1)可吸附到组织培 养容器的底壁上,使其分离非常方便;2)较高 的增殖潜力;3)有成骨潜能;4)冰冻不影响其成 骨潜能;5)骨形成能力只与其增殖能力有关,与 传代的次数无关【7I】】;6)除能在骨髓中方便地获得 外,还可从脑,脂肪,骨骼肌,脐带血和皮肤结 缔组织中获得【121.组织工程骨修复牙槽突裂的研 究证实,以自身BMSC为种子细胞,利用组织工 程技术可在人体内形成稳定的组织工程化骨组织, 故BMSC已应用于临床修复齿槽裂骨缺损f6I”].组 织工程骨修复牙槽突裂,在降低患者创伤的同时, 还可明显地降低患者术后的疼痛及其程度,故被 认为是学龄期儿童二期植骨最好的选择. 柴岗41应用患者自身BMSC修复其牙槽突 裂缺损,术后1,3年的随访证实,组织工程骨稳 定存在,无明显的骨吸收现象,而且临床治疗效 果稳定. 1.2胚胎千细胞 胚胎干细胞(embryonicstemcell,ESC)在体 外具有多向完全分化的潜能和无限增殖传代的能 力,是组织工程种子细胞的另外一个来源?. Buttery等将从大鼠囊胚中分离出来的ESC行体 ?37? 外培养,在含血清的达尔贝科极限必需培养液中 加入维生素C,13-磷酸甘油钠,地塞米松,或把 ESC与成骨细胞一起培养,结果ESC向成骨细胞 分化.Reubinoff等旧利用体细胞核转移技术,成 功地从人囊胚中建立了未分化的人ESC系.这种 方法获得的ESC与患者的基因型完全相同,构建 的组织工程组织或器官无免疫排斥反应;但是, 目前日益激烈的伦理学辩论,使得ESC的应用受 到了较大的限制. 目前,由于干细胞的稳定性和安全性,分化 成特定细胞的能力,填补裂隙的能力等诸多问题 已得到了初步的解决,故干细胞成为组织工程应 用中非常有前景的种子细胞. 除上述种子细胞外,Pradel】将来自一患者 活检时取下的骨组织分离培养成骨细胞,以组织 工程法修复其牙槽突裂,在术后18个月的随访中 发现,组织工程骨参与了牙槽突裂裂隙区的骨化, 裂隙区的尖牙正常萌出. 2支架材料的选择 组织工程支架材料是细胞外基质的替代物, 它为细胞在缺损区生长,分化,黏附和移行提供 了稳固的.理想的用于组织工程替代自身骨 移植的支架材料应具备成骨性,骨诱导性和骨引 导性.此外,在临床应用方面还要考虑到材料的 生物相容性. 常用的骨组织工程的支架材料分为天然的和 人工合成的,后者又可分为有机的和无机的.天 然的支架材料有水凝胶类,如胶原,纤维蛋白等; 异种骨材料类,如Keil骨,无机骨,脱钙骨和冻 干骨等.人工合成的可吸收高分子支架材料有聚 乳酸和聚羟基乙酸共聚物,聚乙酸内酯.此外还 有无机类的多孔陶瓷,譬如生物玻璃,羟磷灰石 (hydroxyapatite,HA),磷酸三钙和珊瑚等.通常 在选择支架材料时须考虑材料的生物力学性能, 吸收性能,面性能以及种子细胞和材料的相互 作用等?.目前,天然和人工合成的各种材料在 组织工程中均有应用. HA是一种具有高度生物相容性且能促进骨 祖细胞分化为成骨细胞的支架材料,可根据其成 分和加工过程来调节其生物力学性能和降解性 能.Tsuruga等【21】发现,HA孔径在300,400Ixm 最适合成骨细胞的分化和血管形成.HA和胶原 复合可一道用于修复上颌不规则骨缺损[221.其他 一 些支架材料,如I型胶原基质,聚乳酸用于修 复骨缺损,具有诱导成骨性【5J.Hibi等【l3用富含血 小板血浆中的纤维蛋白原为支架修复9岁女孩的 牙槽突裂,CT随访证实其有较好的疗效.Pradel 等【18】用可吸收牛胶原基质作支架组织工程骨修复 一 男孩的牙槽突裂,结果牙槽突裂裂隙区出现成 骨,牙槽突裂处有尖牙正常萌出.Hossain等以 13一磷酸三钙陶瓷(tricalciumphosphateceramic, TCPC)修复牙槽突裂后,从其新形成的骨对牙移 动的生物学反应发现,TCPC具有生物降解性, 可参与正常骨组织的改建,即TCPC是一种可替 代自身骨移植的优良材料. 牙槽突裂植骨修复目的之一是为了后期恒牙 能正常地萌出,而不可吸收的HA会影响其下牙 胚的发育和牙的正常萌出.由于HA缺乏形变, 故HA在愈合期受力的情况下容易移位或移出. 人工合成的多聚物也存在其代谢产物呈酸性,因 而影响细胞代谢,导致修复重建区炎症和支架的 过早降解等缺点四,在生物活性方面也存在一定 的限制. 由于各组织器官行使不同的功能,甚至同一 组织在不同的时期可能行使不同的功能,所以目 前尚无可以适用于任何情况的支架材料.牙槽骨 在口内承受着复杂多变而且比较大的应力,目前 的动物试验研究尚未能提供其所能承受的确切的 生物力学值圜.这也使得在牙槽突裂组织工程骨 修复中出一种合适的支架材料成为一种挑战. 3信号分子 信号分子参与调节机体各组织器官的发育, 牙槽突的正常发育有赖于机体内特定信号分子在 特异时间的分泌,有赖于各特定信号分子的相互 协调.信号分子参与调节细胞的增殖,分化,程 序性死亡和融合. 骨形态发生蛋白(bonemorphogeneticprotein, BMP)很早就被用于诱导成骨细胞生成,是细胞向 成骨细胞分化直接相关的一种细胞生长和分化 因子.1988年,Wozney等陶就测量并克隆出重组 人BMP(recombinanthumanbonemorphogenetic protein,rhBMP)一2序列,使之获得大量纯化的 rhBMP一2成为可能.Chin等嘲以rhBMP代替患者 自身髂骨移植来修复先天性唇腭裂,结果50位先 天性唇腭裂患者中的49位通过影像学证实,裂隙 区形成了骨联合,新骨可行使与自身正常骨相同 国际口腔医学杂志第38卷1期2011年1月www.gjkqyxzz.cn 的功能,可促使天然牙萌出和正畸牙移动:组织 学观察显示,新骨具有与天然骨相同的结构.一 些动物试验也证实,BMP一2可诱导BMSC在长骨 和颅面骨缺损区的骨形成.Zukm推测,BMP一2可 诱导脂肪组织来源的间充质干细胞骨质的形成. Shimakura等?同样证实:BMP在体内远大于在体 外促进人骨髓间充质细胞分化的能力;而且高质 量浓度的BMP在作为细胞黏附的HA支架材料 上,促进骨形成的作用更强.Kawamoto等阎认为, 0.1g?的rhBMP较0.4g-L的rhBMP能更早地 引发骨改建,试验性牙移动时的牙根吸收率也更 低.Osyczka等p叫则认为,BMP不会促进BMSC向 成骨方向分化.Einhomf31J的BMP在人体中所具有 的再生能力较在动物中低很多的结论,使研究者 须重新思考人细胞对BMP的反应与动物细胞对 BMP的反应是否具有可比性.BMP具有异位成骨 性,加大剂量后会促进局部的血液循环从而在术 后早期加剧肿胀的不良反应,所以BMP在生长发 育期的患者中应慎用,在有生物病史的患者中应 禁用.BMP临床应用的时间相对较短,其长期的 致瘤性等不良反应还不得而知吲. 转化生长因子(transforminggrowthfactor, TGF)不但在机体的发育过程中起关键的调节作 用,它还是细胞生长分化的主要递质之一.TGF 主要的作用是促进成骨细胞的增生,抑制成骨细 胞碱性磷酸酶活性并降低细胞的钙化能力.TGF 与维生素D一道在成骨细胞的早期增生分化过程 中能起到更好的诱导作用.tgf—B,基因座缺乏, 则小鼠腭突不能融合,TGF—B变异能100%导 致继发腭突部分的腭裂. 4组织工程骨修复牙槽突裂与正畸 目前,越来越多的学者和学术机构都在提倡 唇腭裂的序列治疗,这就使得口腔各个科室之间 需密切协作,才能收到所倡导的序列治疗的效果. 牙槽突裂二期植骨修复的目的之一是让裂隙区的 牙能够正常萌出,形成良好的牙周附着,为以后 排齐牙列,扩大牙弓,术前正畸准备以及为修复 先天缺失牙开拓间隙等正畸介入提供良好的基础, 对矫治力发生正常反应,从而使牙到达正常的位 置并行使功能.目前,有关组织工程骨修复牙槽 突裂后,裂隙区的新骨组织和作为金标准的自身 骨移植修复后的新骨组织是否存在差异,以及新 骨组织能否对矫治力作出正常的反应,牙在矫治 国际口腔医学杂志第38卷1期2011年1月WW’W.gjkqyxzz.cn 力作用下移动对新骨组织有何影响,尚缺乏相关 的研究.Pradel等【l8】在用组织工程骨修复一10岁 男孩牙槽突裂后,其裂隙区的尖牙自然萌出并在 矫治力作用下排齐到相应的位置.Hibi等【l3]也报 道了一类似的病例.Mitsugi等1351以牵张成骨的方 法来缩小牙槽突裂的裂隙区,然后再牵张新骨来 修复已缩小的裂隙区.这种方法损伤小,操作简 单,为其后期的正畸治疗提供了方便,具有较大 的应用前景.金钫等[363通过大鼠动物模型研究发 现,牙槽骨缺损修复侧可进行正畸牙移动,修复 侧的牙移动距离和牙周组织受正畸力后的改建情 况,均与对照侧无显着差别. 综上所述,组织工程骨为牙槽突裂骨移植修 复提供了较好的骨替代复合物,消除了患者自身 骨来源的诸多缺点.随着组织工程在细胞诱导条 件的安全性,有效性,细胞的建库,支架材料的 生物力学性能,生物相容性,生物吸收性,骨传 导性,骨诱导性,仿生技术在支架材料的应用, 控制细胞增殖分化的各种信号分子发挥作用的机 制等方面的研究,以及促进缺损区血液供应方法 的成熟,组织工程骨修复牙槽突裂一定会有更大 的前景,取得更好的修复效果. 5参考文献 【1】邱蔚六.口腔颌面外科学【M】.5版.北京:人民卫生出版 社,2003:416. 【21WaitePD,WaiteDE.Bonegraftingforthealveolarcleft defect叨.SeminOrthod,1996,2(3):192-196. 【3】BerglandO,SembG,AbyholmFE.Eliminationofthe residualalveolarcleftsbysecondarybonegraftingand subsequentorthodontictreatment[J].CleftPalateJ,1986, 23(3):175—205. 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