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全脱出牙齿牙周膜再生研究进展

作者:牙易网 出处:中国实用口腔科杂志 关键词牙齿全脱出 牙周膜再生 

责编:admin 发布2018/7/23 22:11:04 [评论] [推荐] [打印] [关闭]

作者:宋戈,姜力铭,陈旭,中国医科大学口腔医学院·附属口腔医院儿童口腔科

 

全脱出牙齿再植后理想的愈合方式为牙周膜愈合,但大多数全脱出牙由于保存方式不当、体外暴露时间过长等原因极易造成牙周膜的广泛损伤甚至坏死,再植后可能出现牙齿固连、炎症性吸收或替代性吸收等并发症。再生或重建牙周膜是实现全脱出牙齿牙周膜愈合的必要条件。

 

随着组织工程技术的发展,以干细胞为基础的组织工程技术为全脱出牙齿的治疗提供了新的方向和思路。组织工程技术包括3个要素,即种子细胞、生长因子和支架材料,其作用方式主要分为无细胞性组织再生和细胞性组织再生。本文将对2种作用方式在全脱出牙齿牙周膜再生中的研究与应用进展做一综述。

 

1.无细胞性组织再生

 

无细胞性组织再生是指通过生物信号分子,调节体内固有干细胞的活性、增殖、迁移、分化,进而诱导内源性修复,或通过细胞归巢募集内源性干细胞到达目标区域进行组织再生。牙齿全脱出时,损伤的牙槽窝内壁、牙根表面余留部分干细胞,在体内微环境及多种细胞因子的调控下,可经细胞归巢作用聚集于牙周缺损区域参与组织再生与修复。细胞因子可以通过改变干细胞活性及增殖分化迁移特性来控制其功能进而引导组织再生,支架材料为干细胞提供了黏附、迁移、增殖分化的表面和空间,进而促进新组织形成。

 

1.1细胞因子的应用

 

1.1.1成纤维细胞生长因子-2

 

成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor-2,FGF-2)又称碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF),是一种主要由成纤维细胞和内皮细胞分泌并具备多种生理功能的肝素结合蛋白,能促进未分化外胚层细胞的迁移和增殖,并对间充质干细胞具有促血管形成和促有丝分裂作用。研究发现,在牙周膜再生的起始阶段,FGF-2为牙周膜细胞(periodontal ligament cells,PDLCs)的增殖提供理想的环境,显著促进PDLCs迁移至损伤区域并增殖分化。

 

Yu等建立犬的牙齿全脱出动物模型,组织学观察发现再植牙牙根表面应用FGF-2能再生牙周膜样和牙骨质样组织,对照组则出现了不同程度的牙齿固连,表明FGF-2能有效促进全脱出牙的牙周膜及牙骨质的再生。Tuna等将bFGF或釉基质蛋白衍生物应用于比格犬牙再植的研究,发现bFGF能在牙周膜间隙内形成结缔组织并阻止牙根吸收,而釉基质蛋白衍生物虽能改变牙根表面局部环境但对PDLCs的诱导作用有限,未形成结缔组织却表现出替代性吸收。

 

1.1.2间充质细胞衍生因子和骨形态发生蛋白7

 

间充质细胞衍生因子(stromal cell-derived factor-1,SDF1)是一种CXC类趋化因子,能结合间充质干细胞表面的G蛋白受体CXCR4,在组织损伤中募集体内间充质干细胞到达损伤区域进行组织或器官修复。骨形态发生蛋白7(bone morphogenetic protein-7,BMP-7)是一类具有异位成骨能力的细胞因子,能够在成骨分化和成磷酸化中诱导成骨/成牙本质基因表达从而再生骨及牙骨质,对牙髓细胞、成纤维细胞和成骨细胞的矿化均有重要作用。

 

Kim等将携带SDF1和BMP-7的胶原注入牙齿模型内,再植入鼠牙槽窝,研究无细胞移植中SDF1和BMP-7对内源性细胞的作用,9周后发现新生骨和牙周膜样组织长入牙根表面和框架内部,新生骨组织内可观察到骨小梁和成骨细胞,新生牙周膜样组织内可见成纤维样细胞和胶原样结构。另有学者报道,在犬的全脱出牙齿模型上,将携带SDF1和BMP-7的胶原植入牙槽窝中,6个月后形成了牙周膜样组织,包含梭形细胞、毛细血管和胶原纤维,并且嵌入牙骨质和牙槽骨表面。表明SDF1和BMP7可募集内源性细胞迁移至牙周区域进而重建牙周膜样组织。

 

1.1.3血小板源生长因子

 

血小板源生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)是血小板α颗粒中的碱性蛋白质,由血小板趋化到受损部位的巨噬细胞及内皮细胞分泌。体外实验表明,PDGF在牙周膜细胞增殖、趋化和胶原蛋白形成中有重要作用。Noda等将PDGF应用于比格犬牙再植的研究,发现4周后牙根表面有牙周膜样组织和牙骨质形成,8周后胶原纤维嵌入到新生的牙骨质和牙槽骨中。

 

1.1.4骨髓基质细胞条件培养基

 

骨髓基质细胞条件培养基(bone marrow stromal cell conditioned medium,BMSC-CM)内含多种细胞因子,其创造的微环境能够诱导牙髓细胞成骨或成牙本质分化,促进牙骨质形成。Al-Sharabi等建立小鼠全脱出牙齿延迟再植的动物模型,将BMSC-CM注入牙槽窝内,发现BMSC-CM能诱导牙周膜细胞增殖并促进血管周干细胞迁移分化进而再生牙骨质,同时降低破骨细胞活性从而减少牙根吸收。

 

1.2支架材料的应用

 

1.2.1富血小板纤维蛋白

 

富血小板纤维蛋白(platelet-rich fibrin,PRF)是一种富含细胞因子和生长因子的自体生物材料。PRF能够在局部持续释放大量生长因子,诱导内源性细胞迁移到损伤部位,并具备良好的纤维蛋白空间结构,为干细胞提供理想的细胞支架和适宜的生长环境,同时PRF中大量的白细胞能起到抗炎和免疫调节作用,模拟生理性缺损愈合和组织修复进程。

 

PRF对牙周膜干细胞(periodontal ligamen tstem cells,PDLSCs)的增殖、黏附和迁移作用明显。体外实验发现PRF能持续释放可溶性细胞因子,将PDLSCs接种到PRF表面时,PDLSCs能够立即牢固地黏附到纤维表面,共培养1周后形成细胞骨架,细胞伪足扩展到PRF的表面和三维结构内部。进一步研究发现,PRF能促进PDLSCs成纤维分化。将PRF应用于比格犬前牙延迟再植的研究,8周后观察到有效的牙周愈合。

 

1.2.2透明质酸

 

透明质酸(hyaluronic acid,HA)是一种非硫酸化黏多糖,是牙周膜基质的基本成分,在细胞黏附、迁移和分化中均有重要作用,在牙周膜再生中有巨大潜力。2017年,Fujiokakobayashi等将人牙周膜细胞接种到HA培养基上,发现其能保持牙周膜细胞活性并促进其增殖,且不会引起MMP-2和IL-1等炎症因子的表达,HA单独作用时能抑制成骨相关基因表达,但与成骨分化培养基共同作用时其成骨分化显著提高。

 

2.细胞性组织再生

 

组织工程技术核心是干细胞。细胞性组织再生(cell-based tissue regeneration)是指应用间充质干细胞进行组织再生,包括局部组织内残存的活性干细胞、自体干细胞移植、体外培养扩增的干细胞移植等。应用组织工程技术进行全脱出牙齿牙周膜再生的细胞源包括PDLSCs、骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs)、脂肪干细胞(adipose stem cells,ASCs)和PDLCs等。

 

2.1牙周膜干细胞

 

Dangaria等将牙髓干细胞、根尖牙乳头干细胞和PDLSCs分别接种到羟基磷灰石表面观察其牙周再生潜能,发现PDLSCs组骨膜蛋白含量明显高于其他2组,且成脂和成骨分化潜能也较高,表明PDLSCs在牙周再生中具有明显优势。近年来,有学者建立犬的全脱出牙齿延迟再植的动物模型,将携带犬自体PDLSC的PRF与全脱出牙齿再植入牙槽窝内,术后8周组织学观察可见牙根-牙周膜-骨复合体,新形成的牙周膜样结构嵌入牙槽骨和牙根之间,形成了更有效的牙周膜愈合,并减少了牙齿固连和炎症。

 

2016年,Wang等用牙本质基质和羟基磷灰石/磷酸三钙组成环状结构模拟牙周空间,植入裸鼠背部模拟体内环境,研究PRF结合PDLSCs和颌骨间充质干细胞(jaw bone-derived mesenchymal stem cells,JBMSCs)对牙周组织再生的作用,发现2种类型的种子细胞具有不同的增殖分化趋势,PDLSCs倾向于形成牙周膜样组织,JBMSCs倾向于形成骨样组织。

 

2.2骨髓间充质干细胞

 

有学者将体外扩增的GFP阳性小鼠的BM-MSCs注入到小鼠牙周缺损区,术后3周出现骨、牙骨质和牙周膜组织新生,且其新形成的牙周纤维束垂直插入牙骨质,表明新生的牙周膜具有一定功能性。最近有文献报道将体外培养的JBMSCs和PDLSCs团块接种到钛表面,再分别异位或原位移植到裸鼠和小型猪体内,发现再生大量规律排列的高密度牙周膜样胶原纤维并沉积矿化基质。JBMSCs通过持续释放细胞因子以非直接接触的方式诱导PDLSCs黏附到钛表面,并促进其成骨分化,重建再生微环境进而调控PDLSCs的功能促进牙周膜再生。

 

2.3脂肪干细胞

 

ASCs能分泌具有免疫调节功能的营养因子,刺激内源性细胞增殖从而实现组织再生,并可通过IL-6、TNF-α表达实现抗炎作用。2016年,Demirel等将ASCs用于大鼠牙再植,发现ASCs能减少牙齿固连和炎症性吸收,在牙骨质和牙槽骨之间再生新的牙周膜。

 

2.4牙周膜细胞

 

除上述干细胞之外,有学者发现单独应用PDLCs亦可促进牙周膜的再生。Wang等将犬自体PDLCs与藻酸盐凝胶复合,1个月后将PDLC和全脱出牙齿重新植入牙槽窝中,2个月后组织学上发现新生牙骨质、牙周膜、牙槽骨样结构,而单独应用藻酸盐凝胶组则出现牙齿固连。有学者报道将犬牙周膜细胞膜片包裹在全脱出牙的牙根表面再植入牙槽窝内,8周后组织学上发现细胞膜片组88%形成了理想的牙周膜愈合,牙周膜和牙骨质再生,再生的牙周膜胶原纤维浓密并插入骨和牙骨质中,高表达Ⅲ型胶原,Ⅰ型胶原及纤维连接蛋白;而对照组愈合率仅为5.3%。

 

3.小结

 

关于全脱出牙齿的牙周膜再生,细胞和动物实验已经取得了很多进展,但作用机制和应用方式还需进一步研究,尚缺乏相关临床试验。尽管如此,利用组织工程技术促进牙周膜再生具有广阔前景,选择合适的支架材料、生长因子以及种子细胞仍是今后研究的重点。

 

来源:宋戈,姜力铭,陈旭.全脱出牙齿牙周膜再生研究进展[J].中国实用口腔科杂志,2018(03):186-189.

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