小議口腔醫(yī)學(xué)中生物活性玻璃的運用

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早期的生物活性玻璃制法是將氧化物的混合物放入鈦坩堝內(nèi)高溫(＞1300℃)熔化，隨后置于石墨鑄模中冷卻成桿狀或塊狀，或在水中冷卻成玻璃料［3］。生物活性玻璃45S5和另外一些商業(yè)性生物活性玻璃即通過此方法制成。這一方法的優(yōu)點是生物活性玻璃制成的種植體形狀可調(diào)節(jié)，缺點是高溫會影響材料活性。1991年，Li等［4］采用溶膠－凝膠法制成穩(wěn)定的生物活性凝膠玻璃。研究者將含有組分前體的溶液在室溫下進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成凝膠。后者為一種濕的共價結(jié)合二氧化硅無機(jī)網(wǎng)格，干燥加熱至600℃成為玻璃。這種生物活性玻璃又分為三組分系統(tǒng)(58S、77S)［4］或者雙組分系統(tǒng)(70S30C)［5］。與傳統(tǒng)的熔融法相比，溶膠－凝膠法熱處理溫度低，材料的組成成分可以按需控制，獲得的生物活性玻璃更均勻，純度更高，比表面積高，表面活性增加［6］。而且，結(jié)構(gòu)更加多樣，可制成顆粒、纖維、泡沫、多孔支架、涂層和大塊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。但也存在一定的缺點，如難以獲得直徑超過1cm的無裂縫生物活性玻璃。大塊的生物活性玻璃在干燥過程中容易出現(xiàn)裂縫，原因有兩個:①干燥過程中出現(xiàn)的較大收縮;②縮聚反應(yīng)液體副產(chǎn)物的蒸發(fā)。通過增加孔隙直徑，獲取直徑較均一的孔隙以減少彎曲可減少裂縫的產(chǎn)生［3］。制成粉末、涂層等時蒸發(fā)途徑短，干燥應(yīng)力小，材料能適應(yīng)細(xì)微的改變。

根據(jù)組分不同，可分為硅酸鹽基、磷酸鹽基和硼酸鹽基生物活性玻璃(表1)［1］。近年來，硼酸鹽生物活性玻璃在針對慢性傷口(如糖尿病引發(fā)的潰瘍)的治療方面受到廣泛關(guān)注，主要是由于其溶解速率快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅酸鹽生物活性玻璃，從而取得優(yōu)于其他傳統(tǒng)方法的療效［7］。磷酸鹽生物活性玻璃的優(yōu)點同樣與其快速溶解有關(guān)，而并非與生物活性直接相關(guān)［8］。

生物活性玻璃的生物學(xué)性能

1生物活性

生物活性材料被定義為:“能在表面誘導(dǎo)特定生理反應(yīng)，從而使組織與之結(jié)合的一種材料［9］。”它介于可吸收性材料和生物惰性材料之間，能夠創(chuàng)造適宜骨生長的環(huán)境，在生物體與材料接觸面形成類似天然結(jié)合的礦化層。隨后，生物活性材料的概念被擴(kuò)大應(yīng)用到一系列與組織有不同結(jié)合速率以及不同結(jié)合界面厚度的材料中［1］。生物活性玻璃植入活體后，經(jīng)過12個反應(yīng)階段與組織間形成結(jié)合(表2)［11］。在最初的5個反應(yīng)階段，可溶性離子成分快速釋放，在生物玻璃表面形成硅酸鹽和多晶碳酸羥基磷灰石(hydroxycarbonateapatite，HCA)雙層。在后期的反應(yīng)階段，反應(yīng)層增強(qiáng)了生長因子的吸收和解吸作用，影響了巨噬細(xì)胞作用時間、成骨細(xì)胞吸附以及成骨細(xì)胞的同期增殖和分化。此后，基質(zhì)很快礦化，6～12d后，體內(nèi)和體外試驗都能在膠原－HCA基質(zhì)中觀察到成熟的骨細(xì)胞［2］。

2生物相容性

Wilson等［12］研究生物活性玻璃粉末對于鼠及兔軟組織的毒性反應(yīng)，證實其無毒性反應(yīng)。而Ben-dall等［13］發(fā)現(xiàn)在1．0～10mg/mL的濃度范圍內(nèi)，生物活性玻璃對于人類滑膜細(xì)胞僅有低毒性。此外，Kuo等［14］和Bakry等［15］學(xué)者分別研究了用于治療牙本質(zhì)過敏癥的生物活性玻璃DP-bioglass與30%磷酸混合物、45S5生物活性玻璃與50%磷酸混合物對于人類牙髓細(xì)胞的細(xì)胞毒性，結(jié)果表明它們對細(xì)胞活性沒有影響。這些研究都表明生物活性玻璃是一種高度生物相容性的材料，可以安全地用于口腔臨床。

生物活性玻璃在口腔臨床的應(yīng)用

1牙周疾病的治療

牙周骨缺損的治療。治療牙周骨缺損常需要進(jìn)行骨移植。雖然自體骨是目前骨缺損重建的最佳選擇，但其存在取骨時疼痛、骨量有限等缺點;而同種異體骨則有傳播疾病的危險，且凍干、深凍等處理會減少骨再生所需的活性蛋白數(shù)量。近年來，生物活性玻璃已經(jīng)被廣泛用于再生性牙周治療以及修復(fù)由牙周疾病引起的骨缺損。這歸因于某些生物活性玻璃的骨傳導(dǎo)和成骨特性、骨結(jié)合以及促進(jìn)新牙骨質(zhì)形成的潛能。其中的一些產(chǎn)品包括倍骼生(NovaBone，美國)和NovaMin(NovaMin，美國)。Wilson等［16］將生物活性玻璃類材料用于治療牙周疾病引起的骨缺損時發(fā)現(xiàn)，這類材料具有止血、促進(jìn)牙槽骨和牙周韌帶再生的能力，同時能抑制牙周上皮退縮。Lovelace等［17］通過比較生物活性玻璃與異體骨治療牙周骨缺損后的軟硬組織恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)在短期(6個月)內(nèi)兩者對于中度到重度牙周骨缺損均有效，作者認(rèn)為更大樣本量的統(tǒng)計結(jié)果可能揭示兩者的差別。對于生物活性玻璃治療牙周根分叉疾病的研究也有報道。Yukna等［18］比較了生物活性玻璃骨替代移植材料PerioGlas與膨化聚四氟乙烯(expandedpolytetrafluoroethylene，ePTFE)屏障膜治療下頜中到重度牙周炎伴根分叉病變的效果，結(jié)果表明兩者臨床效果無明顯差異，但PerioGlas同時具有易操作及無需額外去除材料的優(yōu)點。

牙周炎癥的控制。目前已有很多關(guān)于生物活性玻璃內(nèi)添加銀制成粉末或者支架的研究［19－22］。研究證實，這些溶膠－凝膠來源的生物活性玻璃能夠釋放銀離子，銀離子對于大腸桿菌和革蘭陽性及陰性細(xì)菌都有抑菌和殺菌效果，同時不損傷正常的人類細(xì)胞。另外，學(xué)者們研究了生物活性玻璃對于口腔細(xì)菌的抗菌效果，發(fā)現(xiàn)其對于一些口腔細(xì)菌具有抗菌效果，原因可能為生物活性玻璃表面反應(yīng)為堿性，pH高，能影響口腔細(xì)菌的滲透壓，同時殘留在細(xì)菌表面的生物活性玻璃能抑制細(xì)菌的生長繁殖［23－25］。

2頜面外科骨缺損的治療

拔牙后牙槽嵴的吸收對義齒修復(fù)和種植體植入有極大的影響。因此，如何保持牙槽嵴高度一直是口腔醫(yī)生想要攻克的難題。有研究將45S5生物活性玻璃植入新鮮拔牙創(chuàng)以維持牙槽嵴形態(tài)，發(fā)現(xiàn)其能減緩牙槽嵴的吸收，提高義齒的適應(yīng)性和功能［26－27］。Wilson等［28］觀察了生物活性玻璃植入無牙頜牙槽嵴后的組織反應(yīng)，植入物的4年平均保留率達(dá)到90%以上，盡管一些生物活性玻璃的周圍存在X線透射影，但仍與牙槽嵴結(jié)合緊密。較大的頜骨損傷通常需要植骨，植骨來源包括自體骨、異體凍干骨、羥基磷灰石或者磷酸三鈣，以及生物活性玻璃類材料。最初的45S5生物活性玻璃已經(jīng)被用于超過100萬名患者的下頜骨缺損修復(fù)和整形手術(shù)［29］。有學(xué)者采用動物實驗研究比較了生物活性玻璃類材料與羥基磷灰石類材料對于下頜骨缺損的修復(fù)情況。3個月后的組織學(xué)檢查結(jié)果表明:骨缺損腔沒有植入任何材料時無骨組織形成;植入生物活性玻璃后骨缺損被新骨完全充填，生物活性玻璃顆粒幾乎完全被吸收并被骨組織替代;而植入羥基磷灰石的骨缺損內(nèi)沒有新骨形成，缺損腔內(nèi)的羥基磷灰石顆粒被結(jié)締組織所包繞［30－31］。

3牙本質(zhì)過敏癥的治療

Curtis等［32］將生物玻璃與人類唾液混合物涂抹于暴露的牙本質(zhì)小管，可觀察到小管表面緊密粘附的磷灰石層以及管內(nèi)的磷灰石晶體，證實其能減輕牙本質(zhì)過敏癥狀。另有實驗將含有生物活性玻璃的牙膏與另外兩種商業(yè)性脫敏牙膏比較，結(jié)果證實含有生物活性玻璃的牙膏在經(jīng)過刷牙及人工唾液浸泡后表現(xiàn)出極佳的堵塞小管的效果［33］。此外，還有研究將生物活性玻璃與激光治療相結(jié)合的報道，并提出了臨床應(yīng)用的可能性［34－35］。

4其他

生物活性玻璃作為一種復(fù)合材料基質(zhì)的無機(jī)填料被應(yīng)用于齒科修復(fù)治療中。Yli-Urpo等［36］檢測了玻璃離子水門汀添加生物活性玻璃粉末前后材料的抗壓強(qiáng)度、彈性模量以及維氏硬度值。結(jié)果表明，添加生物活性玻璃會一定程度地降低玻璃離子水門汀材料的機(jī)械性能。臨床應(yīng)用時需考慮最大程度發(fā)揮材料的生物活性優(yōu)勢，如用于根面充填或作為襯墊材料，而避免將其用于對機(jī)械性能要求較高的區(qū)域。學(xué)者們對生物活性玻璃用作蓋髓劑也做了相應(yīng)研究。Oguntebi等［37］研究了生物活性玻璃、自體脫礦牙本質(zhì)基質(zhì)以及氫氧化鈣三種材料治療機(jī)械性露髓的效果，結(jié)果表明三種材料都能形成修復(fù)性牙本質(zhì)，但修復(fù)性牙本質(zhì)的結(jié)構(gòu)隨著所使用的蓋髓材料和露髓處下方的牙髓情況不同而變化。另有學(xué)者研究將改良配方的生物活性玻璃用作蓋髓劑，實驗結(jié)果表明在唾液污染60s后使用生物活性玻璃與無菌生理鹽水的糊劑作為蓋髓劑能形成牙本質(zhì)橋，而沒有出現(xiàn)無菌性牙髓壞死的跡象［38］。生物活性玻璃復(fù)合物是將玻璃顆粒作為填料加入可生物降解的聚合物基質(zhì)中獲得。使用最為廣泛的聚合物為聚乳酸(polylactide，PLA)、聚乙醇酸交乙酯(polyglycolide，，PGA)及其共聚物(polylactic-co-glycolicacid，PLGA)，后者已在臨床作為一種可降解材料使用多年［39－40］。將納米生物活性玻璃與膠原蛋白混合后制成納米復(fù)合物基質(zhì)后，其誘導(dǎo)成牙本質(zhì)細(xì)胞分化和生長的能力高于單獨使用膠原蛋白基質(zhì)［41］。

綜上所述，生物活性玻璃擁有極佳的生物學(xué)活性和生物相容性，在口腔醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括牙周疾病和牙本質(zhì)過敏癥的治療、作為頜骨缺損的移植材料和蓋髓材料等。隨著生物活性玻璃的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用越來越深入和廣泛，其在口腔醫(yī)學(xué)中的其他應(yīng)用也將日益受到重視。（本文作者：史舒雅、陳亞明 單位：南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)研究所）