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牙种植中引导骨再生膜的研究进展

2019-7-27 16:07  来源:中国口腔种植学杂志
编辑:刘许正 樊卜熙 韶波 阅读量:2912

    引导骨组织再生术(Guided bone regeneration,GBR)是一种广泛应用于口腔种植外科的手术方法,通过屏障膜的放置来为新骨形成创造空间并保存血凝块,同时阻止周围软组织的侵入,最终实现骨组织的再生。利用屏障膜来阻止非成骨组织对骨再生的干扰是引导骨再生的一个关键原理,那么屏障膜本身的性能将直接影响骨再生的效果。

    1.引导骨再生膜材料的分类

    目前,用于引导骨再生的膜材料主要分为四大类:人工合成的聚合物、自然来源的聚合物、金属材料和无机化合物。

    1.1人工合成聚合物GBR膜

    用于引导骨再生的第一种合成聚合物是聚四氟乙烯(e-PTFE)。在修复口腔牙槽骨骨缺损时,在骨缺损内填入Bio-Oss的骨替代物后,可用聚四氟乙烯(e-PTFE)屏障膜覆盖骨缺损,加快骨再生。为了加强聚四氟乙烯屏障膜的机械性能,更好的引导骨再生,可用钛加强的聚四氟乙烯屏障膜覆盖缺损处,同样能取得较好的骨再生效果。

    聚四氟乙烯被认为是生物系统最具有稳定性的聚合物之一,但是由于其不可吸取,需要二次手术取出,会给患者带来不必要的伤害。脂肪族聚酯是人工合成聚合物的另一个分支,包括聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)等,这类屏障膜具有可操作性,可加工性,可调节的生物降解性及药物封装能力,但其缺乏刚性和稳定性。

    1.2自然来源聚合物GBR膜

    胶原膜是众多引导骨再生膜中应用最广泛的自然来源的GBR膜,它主要由胶原蛋白构成。胶原膜具有生物可吸取性、低免疫原性、可载药性等众多优点,这使它能够更好的促进伤口愈合并引导骨再生。但胶原膜的主要缺点是缺乏刚性,因此更适用于牙槽骨上的骨缺损,如骨开裂和骨开窗,不需要额外的固定就可以维持稳定性。

    壳聚糖是另一种用于GBR的自然来源聚合物。该材料由葡糖胺和N-乙酰葡糖胺的共聚物制成,也可以通过甲壳素的部分脱乙酰化制成,其中甲壳素存在于甲壳类动物壳中,其作用类似于高等动物的胶原蛋白。壳聚糖具有重要的生物材料特性,包括生物相容性、生物可降解性、低免疫原性和抑菌效果。另外,藻酸盐材料也被引入用来制作GBR膜。藻酸盐是一种从棕色海藻中获得且具有生物相容性的阴离子聚合物,在交联成水凝胶后可形成与细胞外基质相似的结构。经实验证实,藻酸盐材料的GBR膜能够促进骨缺损处的骨再生,是一种适合制作GBR膜的材料。

    1.3金属材料GBR膜

    金属钛(Ti)广泛应用于牙科、颌面外科和整形外科。它具有良好的生物相容性,密度低、重量轻且具有较高的机械强度和刚性,同时能够耐受高温并抗腐蚀。临床上常将钛网与骨替代物结合使用来有效促进缺失牙槽嵴的再生。钛合金(一般指Ti6Al4V)是以钛为基础加入其他元素形成的合金,与纯钛有着基本相同的骨结合和生物力学锚定能力,它也被引入用于治疗种植体周围骨缺损。

    钴铬合金(Co-Cr)也可用来作为GBR膜修复骨缺损。与纯钛和钛合金相比,它的生物相容性较差但却拥有优异的机械性能。目前,钴铬合金主要在动物实验中展示出了引导骨再生的能力,但临床中应用较少。

    1.4无机化合物GBR膜

    硫酸钙(CaS)是少数几种用于制造GBR膜的无机化合物之一。它是一种具有生物相容性、骨传导性且可生物吸取的材料。硫酸钙GBR膜通常用硫酸钙半水合物粉末的水合物来制作,这种水合物具有可塑性并最终形成一种相对稳定且基本不被吸取的刚性材料。基于羟基磷灰石(HA)材料的膜也可用来引导骨再生,其中的主要成分羟基磷灰石是一种广泛应用于骨修复方面的磷酸钙材料,它与骨矿物质类似且具有生物相容性和骨传导性。相比许多其他磷酸钙材料,羟基磷灰石更不易被吸取。

    虽然羟基磷灰石被认为是一种相对脆弱的材料,但已有研究证明其具有足够的机械性能,使GBR膜能够承受来自软组织的压力,从而为骨再生保留空间。其他陶瓷材料,例如-磷酸三钙(-TCP)已被纳入可再吸取膜当中,并已在体外和体内都证实了其促成骨的作用。

    2.引导骨再生膜的特性

    2.1化学性质

    对于人工合成聚合物,聚四氟乙烯(e-PTFE)的化学稳定性保证了膜的结构完整性和软组织屏蔽功能,它能抵抗宿主组织的分解作用,且不会引发免疫反应。然而,其长期暴露于口腔会导致微生物迁移和细菌感染,这会影响骨质增加和骨结合。脂肪族聚酯虽具有生物可降解性,但其降解产物会造成严重的炎症反应,导致再生骨的吸取;同时脂肪族聚酯高降解速率降低了屏障膜行使功能的有效时间及其对缺损空间的维持能力,这可能影响骨再生的结果。然而,有研究表明成功使用聚酯基膜可在牙列缺失后维持并增加牙槽骨量。

    对于自然来源聚合物,胶原膜常来源于牛和猪的不同组织(如腱部、真皮层),它们的降解因动物来源而异。胶原膜的降解速率可能不能满足组织再生所需的最佳持续时间,通过紫外线辐照、化学溶液(如京尼平、戊二醛)浸泡等方法可以用来增强胶原膜的机械强度并延缓它们的降解。

    壳聚糖膜也是一种可生物降解的聚合物膜,其降解速率取决于它们的分子量及制备方法。作为胶原蛋白,壳聚糖可以使用戊二醛和京尼平进行交联。然而,由于戊二醛的毒性和京尼平过于昂贵,已提出使用三聚磷酸钠(TPP)的离子交联作为替代交联方法。可吸取藻酸盐膜在引导骨再生的过程中不会导致炎症反应,它通过逐渐向骨缺损处引入氯化钙水溶液而在骨缺损处形成藻酸盐膜,因此藻酸盐膜可以紧密地粘附在骨缺损处而不会使膜变形,同时可以阻止结缔组织通过膜与骨面之间的空隙进行渗透。

    对于金属材料,纯钛金属和钛合金有着相似的表面形态形貌、相组成以及化学特性,且有动物实验研究发现它们展现出了相同的骨结合性。和一些传统合金相比纯钛和钛合金有着相对较低的模量,且具有优异的生物相容性和耐腐蚀性。

    钴铬合金(Co-Cr)是一种不可降解的材料,虽拥有较好刚性但生物相容性较弱,为骨再生的过程保存了空间,留住了血凝块,已有动物实验表明钴铬合金GBR膜能很好地促进骨再生。对于无机化合物材料,硫酸钙(CaS)是一种安全、可吸取且具有可塑性的材料,易手术操作且成本不高。硫酸钙(CaS)作为屏障膜阻挡周围结缔组织长入的同时,允许成骨类细胞向缺损内迁移生长,还能增强植入物羟基磷灰石周围骨的增殖。

    羟基磷灰石(HA)是一种具有生物相容性和骨传导性但不可被生物降解的材料。羟基磷灰石(HA)与可降解材料或不可降解材料构成的GBR膜,在体外能够促进基质细胞和成骨类细胞的功能活性,在体内能够促进骨的形成。羟基磷灰石(HA)粉末还可与生物活性离子(如锶,银和锌)组合用于制备纯陶瓷膜或其他类型的膜,增强其在体内的生物学性能。

    2.2机械性能

    理想的GBR膜应该具有足够的刚性来承受上部软组织的压力,同时还应具有一定程度的可塑性,以便易于塑造成缺陷的形状。与其他类型的材料相比,钛具有优异的机械性能,其刚性可防止膜塌陷并维持空间,其可塑性允许其进行修整以适应骨缺损的形状,但钛网的边缘会刺激黏膜导致GBR膜的暴露甚至感染。

    钛膜具有良好的空间保持能力,因此它可以用来加强聚四氟乙烯膜(PTFE)的刚性,同时聚四氟乙烯(PTFE)能在骨再生的过程中发挥稳定性。磷酸钙已被加入可吸取膜中以增强其机械性能,另外在聚己内酯(PCL)和聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)制成的膜中加入β-磷酸三钙(β-TCP)能够提高其机械稳定性并增强体内骨再生。同样,分别在胶原和聚乙烯醇(PVA)基质中加入β-磷酸三钙-壳聚糖混合体和纳米羟基磷灰石(nano-HA)后,它们的机械性能也得到了提高。

    2.3多孔性

    多孔性是GBR膜的一个重要特性,孔径的大小影响GBR膜下面隐蔽空间中骨再生的程度,它被认为与组织密闭性密切相关,并且影响着软组织细胞的向内生长。同时,GBR膜上的孔有利于液体、氧气、营养物质和生物活性物质向内扩散,促进细胞的生长,这对骨和软组织再生至关重要。然而,过大的孔径(100至300微米)会减弱膜的细胞阻挡作用,这可能允许软组织细胞通过膜向骨缺损处迁移,影响骨形成细胞向骨缺损处渗入和它的成骨活性。另有研究表明,膜中存在的特大孔隙(800至900微米),可以使骨移植物充分血管化,从而促进骨再生。

    2.4结构与厚度

    对GBR膜的超微结构评估显示,例如:Jason膜由不同方向的胶原纤维组成,形成梳状结构,其特征是强大的多向连接;Collprotect膜也是胶原膜,被认为是一种半透性膜,主要特点是开放的多孔结构和三维结构;对于Bio-Guide等双层膜,上层致密层能阻挡上皮细胞侵入骨缺损,松软多孔的下层能与组织结合引导骨再生;一些聚合物膜也被制成双层形态,它的两层是孔径和几何形态均不同的网状结构,尽管其外层是大孔隙层,允许上层软组织的整合并促进组织整合,但其内层具有小的孔隙以阻止组织穿透但可以允许营养物的渗透。

    事实上,聚合物膜的设计和结构被认为是决定其生物可吸取性和体内骨质增生作用的重要因素。GBR膜的厚度同样影响着骨再生的效果。膜的厚度会影响它们在植入期间的机械性能和空间维持性能。已有实验证明,放置较厚的胶原膜能够更好的阻挡软组织的向内生长并促进骨再生。也有研究者通过在两层胶原膜之间加入聚乳酸层(PLA)来构建三层膜结构来延长膜的降解周期增强其屏障作用。

    3.引导骨再生膜的临床应用

    修复牙槽骨缺损促进骨再生的方式有多种,包括GBR、Onlay植骨、Inlay植骨、牵张成骨、牙槽嵴劈开术、游离血管化自体移植和上颌窦内提升。骨缺损的严重程度和缺损外形决定了修复骨缺损治疗的类型、程度及预后。

    临床研究表明,在水平骨缺损增量手术中,无论使用可吸取或不可吸取的膜,在大多数情况下GBR的结果是可以预测且成功的。MerliM等人的研究指出,在GBR中使用不可吸取的聚四氟乙烯膜(e-PTFE)有益于促进垂直方向牙槽嵴的增量;CanulloLP等人使用钛增强的聚四氟乙烯膜(e-PTFE)结合骨填充材料来优化垂直骨增量的效果。虽然不可吸取的GBR膜常用于垂直骨缺损修复,但UrbanIA等人的研究显示使用可吸取的胶原蛋白膜也取得了可观的骨增量效果。

    为了提高GBR的骨增量效果,尤其是面对有挑战性的适应症时,JungRE等人提出将重组生长因子与GBR膜相结合来引导骨再生的方法;同时AmorfiniL等人的临床研究表明,重组人血小板衍生生长因子-BB(rhPDGFBB)与可吸取膜下的骨移植材料相结合,可以明显促进软组织愈合,并在种植体植入1年后更好地保留了再生骨。血小板浓缩制品,包括富含血小板血浆(PRP)和富含血小板纤维(PRF),它来自患者自体的血液,含有血小板和白细胞,具有分泌不同的生长因子和细胞因子的潜能,从而加速组织再生,已被引入作为附加物与GBR膜相结合来刺激骨再生。

    4.回顾及展望

    综上所述,以上各方面都体现了不同GBR膜材料在牙槽骨增量手术和种植体植入手术中所取得的成效。然而,在一些特殊的临床情况中仍然具有挑战性,特别是在垂直和晚期水平牙槽骨萎缩的情况下。在大多数临床研究中,使用了不可吸取的聚四氟乙烯膜(e-PTFE)或可吸取的胶原膜,这些膜的演进主要来自对屏障膜功能的需求、操作的方便性和易用性的驱动。

    目前的实验结果,证明GBR膜本身在引导骨再生过程中具有积极作用,而不是作为纯粹的被动屏障。另一方面,尚未确定不同的GBR膜是否具有募集和激活细胞的不同潜能,以及这是否会促进不同程度的骨再生并修复骨缺损。这仍需要未来更多的研究来证实。

编辑: 陆美凤

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