楊懋彬1     曾倩2

1.美國天普大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院牙體牙髓病學(xué)系•再生醫(yī)學(xué)實驗室費城 19140；

2.中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院•附屬口腔醫(yī)院•口腔醫(yī)學(xué)研究所廣州 510055

[摘要] 再生牙髓病學(xué)主要采用引導(dǎo)組織再生原理，通過組織工程學(xué)技術(shù)促進(jìn)根管內(nèi)牙髓再生，是牙髓再生治療的新方向和新選擇。在再生牙髓病學(xué)中，牙源性干細(xì)胞、生物支架以及生長因子是3個關(guān)鍵因素，逐漸成為學(xué)者們研究的熱點。

[關(guān)鍵詞] 牙髓再生；組織工程學(xué)；牙髓干細(xì)胞；組織支架；生長因子

牙髓疾病是最常見的牙科疾病，最主要的治療方法是根管治療。據(jù)美國牙科協(xié)會報道，在美國，每年有接近2 200萬個根管治療病例，每年需花費200~340億美元在根管治療上。傳統(tǒng)的根管治療包括完全清除感染牙髓組織和使用根充材料充填根管。雖然目前研究報道的根管治療成功率為78%~98%[1-2]，然而對于牙髓壞死的年輕恒牙，根管治療術(shù)面臨著極大的挑戰(zhàn)。在這種類型的病例中，患牙根管壁薄，根尖孔敞開，因此不能有效地進(jìn)行根管預(yù)備及根管充填。

另一方面，傳統(tǒng)的根管治療不能促使牙髓牙本質(zhì)組織再生和年輕恒牙牙根再發(fā)育，且極容易導(dǎo)致牙折。

近年來，由于學(xué)者們對再生牙髓病學(xué)的認(rèn)識不斷深入，牙髓再生治療成功的可能性逐漸增大。簡單而言，再生牙髓病學(xué)旨在產(chǎn)生和形成新的組織去代替壞死牙髓[3]。對于年輕恒牙根尖周炎，牙髓再生治療有不同層次的目標(biāo)：1）根尖周炎的愈合；2）牙根的形成；3）恢復(fù)牙活力；4）牙髓組織的再生；5）恢復(fù)神經(jīng)及免疫學(xué)功能。再生牙髓病學(xué)的終極目標(biāo)是促進(jìn)有功能的牙體牙髓復(fù)合體再生。目前在此領(lǐng)域，部分病例中根尖周炎的愈合和牙根的形成已可達(dá)到，而研究者們的下一階段目標(biāo)是提高治療的成功率，以及恢復(fù)牙活力及免疫學(xué)功能。在當(dāng)代再生牙髓病學(xué)中，“引導(dǎo)組織再生”和“組織工程學(xué)”是其主要的兩個概念。

20世紀(jì)60年代，Ostby[4]提出了根管內(nèi)引導(dǎo)組織再生的概念。在2001年，Iaway等[5]報道了1例年輕恒牙根尖周炎病例報告，認(rèn)為在牙髓感染壞死的情況下，經(jīng)過根管內(nèi)徹底消毒和誘導(dǎo)血凝塊形成，牙髓仍有恢復(fù)活力的可能。在2004年，Banchs和Trope[6]改進(jìn)該臨床治療方案，引入了現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于臨床上的“牙髓血運重建術(shù)”，即在牙髓血運重建術(shù)第1次治療中，主要采用連續(xù)根管沖洗及混合抗生素糊劑進(jìn)行根管消毒，盡量不進(jìn)行根管預(yù)備。第2次就診時，應(yīng)用根管銼刺激根尖出血至釉牙骨質(zhì)界，并采用三氧化礦物聚合體、玻璃離子或復(fù)合樹脂實行冠方封閉。在這個過程中，根尖乳頭出血引導(dǎo)大量的干細(xì)胞進(jìn)入根管系統(tǒng)[7-8]，同時血凝塊充當(dāng)生物支架促進(jìn)干細(xì)胞的增殖和分化。隨后陸續(xù)有病例報告顯示采用牙髓血運重建術(shù)后，牙根繼續(xù)發(fā)育，根尖封閉形成。在某些病例中，患牙甚至出現(xiàn)牙髓活力[9-12]。然而受實驗的設(shè)計和樣本量的限制，“牙髓血運重建術(shù)”與根尖誘導(dǎo)成形術(shù)的治療成功率比較尚未有結(jié)論性的報道[13-17]。此外，組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，根管內(nèi)再生的組織并非真正的牙髓組織，而是骨組織和類牙骨質(zhì)等牙周組織[18]。直至目前為止，臨床上引導(dǎo)牙髓組織再生的結(jié)果仍然是不可預(yù)測的。如果牙髓血運重建術(shù)失敗，需改用根尖誘導(dǎo)成形術(shù)形成根尖封閉，以利于常規(guī)的根管治療操作。

再生牙髓病學(xué)中的另一重要概念是組織工程。組織工程的現(xiàn)代發(fā)展始于20世紀(jì)80年代末，主要引進(jìn)了合成生物降解材料作為生物支架支持細(xì)胞生長。組織工程的三大要素分別是細(xì)胞、生物支架及生長因子。為此，牙髓再生的未來發(fā)展方向主要集中于以下3個基本組成部分：牙源性干細(xì)胞、生物支架和生長因子。

1 牙源性干細(xì)胞

在組織工程發(fā)展初期，由于技術(shù)上的限制，特定的牙源性干細(xì)胞難以被分離提取，故而阻礙了再生牙髓病學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。2000年，研究者們成功地分離人類牙髓干細(xì)胞[19]，為牙髓再生治療提供了細(xì)胞基礎(chǔ)。迄今為止，至少5種不同類型的間充質(zhì)干細(xì)胞已能從牙組織中分離，包括牙髓干細(xì)胞、乳牙干細(xì)胞、根尖乳頭干細(xì)胞、牙囊干細(xì)胞和牙周膜干細(xì)胞[20]。其中，牙髓干細(xì)胞、乳牙干細(xì)胞及根尖乳頭干細(xì)胞具有較強(qiáng)的牙髓再生潛力。這些干細(xì)胞分別來自不同的牙組織，包括牙髓、牙周膜、根尖乳頭、牙胚、牙囊及感染根尖組織。最近有研究[7-8]顯示牙髓再生治療中誘導(dǎo)的根尖血液含有大量的干細(xì)胞，可為牙髓再生治療提供充分的細(xì)胞來源。

2 生物支架

在牙髓再生治療中，根尖血或外周血形成的血凝塊、聚血小板血漿以及聚血小板纖維蛋白等可以作為生物支架支持牙源性干細(xì)胞的增殖和分化[21-24]。

過去10年里，學(xué)者們合成各種各樣的生物材料作為生物支架以促進(jìn)牙髓再生。這些材料主要包括天然聚合物、合成聚合物、水凝膠和生物陶瓷支架等。原則上，理想的生物支架需具備以下條件：良好的物理性狀，能支持干細(xì)胞增殖和分化，可聚集并能控制生長因子的釋放，可降解且降解時間與組織再生時間大致吻合。近年來，多種新型生物支架材料已經(jīng)被嘗試應(yīng)用于牙髓再生治療，例如親水脂分子自組裝肽納米纖維，以及由聚二氧六環(huán)酮和埃洛石納米管組成的電紡納米復(fù)合支架[25-26]。各種動物模型和臨床前期研究表明體內(nèi)和體外的組織工程設(shè)計可以成功引導(dǎo)牙髓樣組織的再生[27]。Huang等[28]發(fā)現(xiàn)通過移植牙髓干細(xì)胞至人為擴(kuò)大根尖孔的根管內(nèi)，能促進(jìn)牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體的形成。Nakashima等[29]從牙髓中提取CD31(-)/CD146(-)側(cè)群細(xì)胞，并移植至含損傷牙髓的動物牙模型中，發(fā)現(xiàn)促血管生成因子的表達(dá)增強(qiáng)，提示牙髓再生治療中血管再生的潛在可能。

3 生長因子及其控制

生長因子的應(yīng)用是牙髓再生治療成功的重要因素之一。在牙齒發(fā)育過程中大量的生長因子被釋放并包埋于牙本質(zhì)中，如轉(zhuǎn)移性生長因子超級家族、成纖維細(xì)胞生長因子、血小板衍生生長因子及血管上皮生長因子等[30-31]。這些生長因子可以通過根管預(yù)備及沖洗釋放至根管內(nèi)，從而對牙源性干細(xì)胞的聚集、遷移、增殖和分化等起到重要的作用，促進(jìn)牙髓再生[32]；然而，如何在時間和空間上及劑量上控制這些生長因子的釋放，從而提高牙髓再生成功率目前尚未有定論。納米材料、雙層甚至多層生物合成支架是實現(xiàn)時間和空間上精確控制生長因子釋放的方向。

近年來3D打印技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于組織再生領(lǐng)域。至目前為止，3D打印技術(shù)已可以應(yīng)用于打印生物支架、細(xì)胞、細(xì)胞生物支架混合物和生長因子等[33-35]。然而在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，直接采用3D打印技術(shù)打印細(xì)胞或生長因子的報道甚少。有學(xué)者應(yīng)用3D打印技術(shù)打印牙髓細(xì)胞及海藻酸-明膠水溶膠混合物，自定義重建三維結(jié)構(gòu)，其中細(xì)胞存活率達(dá)87%。筆者實驗室運用3D打印技術(shù)成功完成了生長因子在生物材料中分布的精確控制。另外，3D定制打印技術(shù)也可適用于個體化治療，可促進(jìn)再生牙髓病學(xué)的發(fā)展；然而，該技術(shù)在臨床上的應(yīng)用尚需進(jìn)一步的研究支持。

在動物實驗及臨床預(yù)實驗的研究成果應(yīng)用于臨床實踐前，牙髓再生治療主要面臨以下挑戰(zhàn)。1）干細(xì)胞的來源：潛在的宿主免疫抑制效應(yīng)在一定程度上限制了同種異體干細(xì)胞的臨床應(yīng)用。理想的干細(xì)胞應(yīng)為同一病人的自體干細(xì)胞，以避免免疫排斥反應(yīng)。近年來“牙源性干細(xì)胞庫”的概念已被提出。美國已出現(xiàn)幾家公司開展牙源性干細(xì)胞的凍存業(yè)務(wù)，為基于細(xì)胞的組織再生提供必要的設(shè)施[36]。然而，牙源性干細(xì)胞的有效適用性和經(jīng)濟(jì)成本方面尚需進(jìn)一步評估。2）微生物控制：微生物和生物膜是牙髓疾病的根本病因。與傳統(tǒng)的根管治療類似，微生物的良好控制是牙髓再生成功的一個關(guān)鍵步驟。目前各種應(yīng)用于臨床的抗菌沖洗劑主要包括次氯酸鈉、氯己定等。此外，聯(lián)合抗菌劑也被引入到牙髓再生治療中，成為抗菌的重要手段[5]。需要注意的是，牙髓再生成功的前提是干細(xì)胞可以增殖分化，故微生物控制的目標(biāo)應(yīng)是最大化抗菌效果，同時最小化干細(xì)胞的損傷[37]。3）生物材料支架：在組織工程中，生物支架起到至關(guān)重要的作用。生物支架可用作干細(xì)胞的生長載體，并能充當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)。干細(xì)胞的最終命運是由生物支架的性質(zhì)所決定的。最近，干細(xì)胞和生物支架之間的“動態(tài)互換”越來越受關(guān)注。這種互換不僅指兩者之間的化學(xué)或生物特性，也與其力學(xué)特性相關(guān)[38-41]。生物支架可用于集成和釋放生長因子以引導(dǎo)干細(xì)胞的分化。在干細(xì)胞分化過程中，特定的時間和空間上可能需要特定的生長因子。為此，在設(shè)計一個新的組織工程支架時，從空間和時間上控制生物支架釋放生長因子是一個需攻克的難點。4）干細(xì)胞的分化調(diào)控：目前牙源性干細(xì)胞分化的詳細(xì)分子信號機(jī)制仍未完全清楚。在干細(xì)胞向特定的細(xì)胞譜系分化中，為了促進(jìn)組織再生，理解信號級聯(lián)的序列激活或失活十分重要[42]。5）功能性牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體的形成：理想的功能性牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體應(yīng)具備內(nèi)層血管和神經(jīng)，外層成牙本質(zhì)細(xì)胞沿根管壁排列，分泌基質(zhì)形成新的牙本質(zhì)，從而恢復(fù)牙活力。然而受技術(shù)和材料上的限制，形成真正的功能性牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體仍然是牙髓再生學(xué)的一個重大挑戰(zhàn)。

4 參考文獻(xiàn)（略）

本文發(fā)表于《國際口腔醫(yī)學(xué)雜志》2016年43卷第5期：495-499.

·專家簡介·

楊懋彬，美國天普大學(xué)牙學(xué)院牙體牙髓科助理教授（終身制）、博士生導(dǎo)師、再生醫(yī)學(xué)實驗室主任；天普大學(xué)工程學(xué)院生物工程系助理教授，博士生導(dǎo)師；天普大學(xué)再生醫(yī)學(xué)及工程學(xué)學(xué)會導(dǎo)師成員。美國牙體牙髓學(xué)專業(yè)委員會認(rèn)證?？漆t(yī)生，美國牙體牙髓專科認(rèn)證醫(yī)生培訓(xùn)導(dǎo)師，擁有美國得克薩斯州、弗吉尼亞州、賓夕法尼亞州口腔執(zhí)業(yè)醫(yī)師執(zhí)照。擔(dān)任美國牙體牙髓學(xué)會專家會員、科研委員會委員和科研基金評審委員。2010年獲美國牙體牙髓學(xué)會Endodontic Educator Fellowship Award，為當(dāng)年度北美地區(qū)唯一獲獎人；2010年獲美國牙體牙髓學(xué)會 John and Joyce Ingle Fellow，是2008年至今的唯一獲獎人。