作者：李雪菁，邱小亥，趙寶紅

中國實(shí)用口腔科雜志 2020年 8月 第 13卷 第 8期。

摘要：快速穩(wěn)定的骨整合一直是口腔種植學(xué)研究的重要目標(biāo)。近年來，通過種植體表面改性的方法提高種植體表面的親水性以促進(jìn)骨整合，已成為研究的熱點(diǎn)。種植體植入后，可引發(fā)一系列級聯(lián)事件，影響骨整合的發(fā)生發(fā)展。文章就親水種植體促進(jìn)骨整合機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述。

口腔種植技術(shù)的理論基礎(chǔ)是骨整合，快速穩(wěn)定的骨整合一直是口腔種植學(xué)研究的重要目標(biāo)，多種種植體表面改性方法通過改變種植體表面的粗糙度、化學(xué)特性等，可加速種植體的骨整合，提高種植體在頜骨內(nèi)的穩(wěn)定性。本文就親水種植體促進(jìn)骨整合機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述，旨在完善親水種植體促進(jìn)骨整合理論，為設(shè)計出早期穩(wěn)定且更持久的種植體提供新思路。

? ? 1.骨整合的定義

? ? ? ?種植體植入頜骨后的穩(wěn)定性趨勢分為兩個階段：初期穩(wěn)定性（機(jī)械學(xué)穩(wěn)定性）階段和二期穩(wěn)定性（生物學(xué)穩(wěn)定性）階段。當(dāng)種植手術(shù)預(yù)備的窩洞與種植體直徑相匹配時，旋入種植體后二者之間產(chǎn)生的高摩擦力會使種植體具有較高的穩(wěn)定性，即初期穩(wěn)定性，是種植體植入后與周圍原有骨組織的機(jī)械學(xué)結(jié)合，因此也稱為機(jī)械學(xué)穩(wěn)定性。其主要影響因素包括種植區(qū)骨密度、種植體直徑和長度等。

? ? ???然而植入時的高摩擦力會造成鄰近骨組織發(fā)生微裂紋、受壓壞死等骨創(chuàng)傷，機(jī)體將啟動骨的創(chuàng)傷性愈合，即吸收壞死骨組織、形成新骨，初期穩(wěn)定性便會逐漸降低，與此同時伴隨種植體周圍不斷生成新骨，二期穩(wěn)定性逐漸升高。臨床研究表明，約在種植體植入后第4周總穩(wěn)定性降至最低值。隨著種植體的初期穩(wěn)定性逐漸被骨改建所產(chǎn)生的二期穩(wěn)定性所代替，表現(xiàn)為種植體的總穩(wěn)定性逐漸上升，最終在第8 ~12周可達(dá)到理想的骨整合。此二期穩(wěn)定性，即生物學(xué)穩(wěn)定性的建立實(shí)質(zhì)上就是種植體的骨整合。Branemark等首次提出骨整合的定義，即種植體與具有活性的骨組織在結(jié)構(gòu)和功能上的直接接觸。

?2.親水種植體的優(yōu)越性和制備方法

? ? ???大顆粒噴砂酸蝕（sandblasted，large grit and acid etched，SLA）是目前最常用的種植體表面處理方式，其通過增加種植體表面的粗糙度，加強(qiáng)了與骨的結(jié)合強(qiáng)度，使得SLA表面種植體植入頜骨后可獲得較高的初期穩(wěn)定性。然而，經(jīng)SLA處理的種植體表面表現(xiàn)為疏水性，不利于骨整合早期細(xì)胞的黏附，二期穩(wěn)定性階段啟動較慢，導(dǎo)致種植體骨整合的時間較長，此時若種植體受到不良外力作用，易發(fā)生松動脫落。因此，如何快速啟動二期穩(wěn)定性階段，促進(jìn)種植體的骨整合一直是口腔種植學(xué)研究的重要目標(biāo)。

? ? ? ?近年來，通過種植體表面改性的方法提高種植體表面的親水性以加速骨整合，已成為研究的熱點(diǎn)。種植體的親水性表面更有利于血凝塊和纖維蛋白的沉積，促進(jìn)成骨細(xì)胞的早期黏附，從而快速啟動二期穩(wěn)定性階段。

? ? ?? Favero等研究表明，親水種植體于植入后的第2周總穩(wěn)定性降至最低值，于第4 ~ 6周即可達(dá)到理想的骨整合；同時親水性表面也增加了骨整合早期的新骨沉積量，大大提高了種植體總穩(wěn)定性的最低值，減少了種植體骨整合時間長或結(jié)合不良導(dǎo)致的種植體發(fā)生失敗的可能性。

? ? ? ?近年來已有多種增加種植體表面親水性的方法，主要包括：（1）化學(xué)活化法，即在惰性氣體保護(hù)下對純鈦或鈦鋯合金材料進(jìn)行噴砂酸蝕，而后置于0.9%NaCl溶液中保存，全程避免接觸空氣，不受碳?xì)浠衔锏奈廴?，提高種植體表面的潤濕性，形成具有接觸角接近0°的超親水種植體表面；（2）微弧氧化-堿熱處理法，李玉海等采用此方法在純鈦表面制備出了具有親水性且成分單一的TiO2陶瓷膜；（3）紫外線處理法，孫彥維等研究發(fā)現(xiàn)，紫外線照射可增加種植體表面的親水性；（4）空氣冷常壓等離子體技術(shù)，本課題組使用此技術(shù)處理種植體表面，在不改變種植體表面形貌的前提下制備出了超親水表面。

3.親水種植體促進(jìn)骨整合機(jī)制的相關(guān)研究

??? 3.1?種植體骨整合的級聯(lián)過程概述

? ? ? ?骨整合是一系列協(xié)調(diào)有序的事件，與機(jī)體的骨骼重塑機(jī)制相似，均是一種高度受控的過程，確保骨吸收與骨生成之間的適當(dāng)平衡。種植體植入后，免疫炎癥反應(yīng)即啟動，由中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫炎癥細(xì)胞調(diào)控；同時毛細(xì)血管斷裂，釋放蛋白質(zhì)、離子、糖和脂質(zhì)等，形成血凝塊吸附于種植體表面，血凝塊中的蛋白成分可作為信號分子，介導(dǎo)細(xì)胞的遷移和黏附。

? ? ? ?種植術(shù)后2 ~ 3 d，巨噬細(xì)胞等降解血凝塊，為新生血管創(chuàng)造空間；術(shù)后4 d，血凝塊被間充質(zhì)干細(xì)胞、纖維成分、部分血管結(jié)構(gòu)組成的肉芽組織所取代，提供骨生成環(huán)境的臨時結(jié)締組織基質(zhì)由此形成，開始組織修復(fù)；術(shù)后1周，在新生血管周圍可觀察到不成熟的編織骨；術(shù)后6 ~ 12周，則開始破骨細(xì)胞吸收原有舊骨、成骨細(xì)胞生成新骨的骨改建過程；術(shù)后12周以后，成熟的板層骨形成。親水種植體植入后對每一級聯(lián)事件的影響均會關(guān)系到骨整合的發(fā)生和發(fā)展。

?3.2?親水種植體可抑制免疫炎癥反應(yīng)

? ? ? ?Donath等重新定義了“骨整合”，他們認(rèn)為種植體是一種植入機(jī)體的異物，而種植體的骨整合可看作機(jī)體的免疫防御反應(yīng)，使骨組織免受種植體的“侵害”。這種免疫防御反應(yīng)受種植體表面特性的影響，其中表面的親水性可通過抑制免疫炎癥細(xì)胞而減弱免疫炎癥反應(yīng)。例如：Kou等在光滑鈦表面和粗糙鈦表面分別培養(yǎng)了樹突狀細(xì)胞，均顯示出樹突狀細(xì)胞受激活后發(fā)揮促進(jìn)炎癥反應(yīng)的作用，表明樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)不受鈦表面微觀粗糙度的影響；而在對比親水性與疏水性鈦表面時，樹突狀細(xì)胞在親水性鈦表面表現(xiàn)為不成熟的細(xì)胞狀態(tài)，表明親水性鈦表面可抑制免疫炎癥反應(yīng)。

? ? ?? ?Hotchkiss等的研究也得到了一致的結(jié)論，在SLA鈦表面和親水性SLA鈦表面培養(yǎng)了巨噬細(xì)胞，分別表現(xiàn)為促炎的M1型巨噬細(xì)胞和抗炎的M2型巨噬細(xì)胞。除了免疫炎癥細(xì)胞以外，免疫炎癥因子在骨的創(chuàng)傷修復(fù)過程中同樣發(fā)揮著重要的作用，其可分為促炎因子和抗炎因子兩種。其中，促炎因子可通過募集巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等免疫炎癥細(xì)胞至骨的創(chuàng)傷區(qū)域增強(qiáng)局部的免疫炎癥反應(yīng)，激活破骨細(xì)胞的骨吸收作用而延緩成骨細(xì)胞的骨生成。相反，抗炎因子可抑制局部的免疫炎癥反應(yīng)，加快骨的創(chuàng)傷性愈合。種植體表面的親水性可通過下調(diào)促炎因子、上調(diào)抗炎因子的分泌，抑制免疫炎癥反應(yīng)。

? ? ???Hyzy等研究表明，親水性SLA鈦表面可減少骨肉瘤細(xì)胞系MG63細(xì)胞分泌促炎因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8?和IL-17，增加分泌抗炎因子IL-10。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是調(diào)控骨創(chuàng)傷性愈合最重要的細(xì)胞類型之一，除了調(diào)控細(xì)胞分化外，其可通過分泌免疫炎癥因子調(diào)控種植體的骨整合過程。而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分泌免疫炎癥因子同樣受種植體表面特性的影響，研究表明，親水性SLA鈦表面培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞較疏水性鈦表面培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的促炎因子IL-6、IL-8有所下調(diào)，而上調(diào)了抗炎因子IL-10的分泌。

?3.3?親水種植體可促進(jìn)血管生成

? ? ? ?毛細(xì)血管系統(tǒng)是維持機(jī)體正常代謝的最基本結(jié)構(gòu)，是提供代謝所需要的營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣的送達(dá)，以及機(jī)體與代謝產(chǎn)物交換的龐大的微管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時，毛細(xì)血管系統(tǒng)可將各種細(xì)胞成分運(yùn)送至創(chuàng)傷性愈合區(qū)域內(nèi)，參與組織的生成，對骨整合極為重要。血管生成是在原有毛細(xì)血管或微靜脈基礎(chǔ)上通過血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，從先前存在的血管處以出芽等形式生成新血管。因此，評估不同粗糙度、親水/疏水性鈦表面的血管內(nèi)皮細(xì)胞的動態(tài)生物學(xué)行為是十分必要的。

? ? ? ??An等在疏水性酸蝕鈦片、親水性酸蝕鈦片、SLA鈦片及親水性SLA鈦片表面接種了血管內(nèi)皮細(xì)胞，結(jié)果表明，較粗糙表面，血管內(nèi)皮細(xì)胞更適宜在光滑鈦表面生長，其增殖、黏附、遷移能力均提高；而較疏水性鈦表面，其更適宜在親水性鈦表面生長。另有學(xué)者同樣觀察到了親水性鈦表面有利于血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和黏附。此外，血管內(nèi)皮細(xì)胞在親水性SLA鈦表面分化增強(qiáng)，其分泌的促血管生成因子如血管性血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）、血栓調(diào)節(jié)蛋白（thrombomodulin，TM）、血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor，VEGF-A）、內(nèi)皮型一氧化氮合成酶（endothelialnitric oxide synthase，eNOS）等均增多；體外成血管實(shí)驗(yàn)顯示，親水性SLA鈦表面的血管內(nèi)皮細(xì)胞的成血管能力更強(qiáng)。

? ? ? Mamalis等檢測了種植體周圍骨組織與血管生成及骨生成相關(guān)因子的基因表達(dá)水平，結(jié)果顯示，SLA表面種植體上調(diào)了19種促進(jìn)血管生成及骨生成相關(guān)因子的基因表達(dá)水平，而親水性SLA表面種植體表面上調(diào)了27種。親水性鈦表面除了可通過增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)行為來促進(jìn)血管生成以外，還可促進(jìn)其他類型細(xì)胞分泌促血管生長因子，發(fā)揮促進(jìn)血管生成的作用。

? ?? ??如Raines等研究表明，親水性鈦表面可通過上調(diào)成骨細(xì)胞特定整合素的表達(dá)，使成骨細(xì)胞分泌VEGF-A等促血管生長因子增多，而后與血管內(nèi)皮細(xì)胞VEGF受體相結(jié)合，加速血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附、增殖、遷移及分化，間接促進(jìn)血管的生成。此外，親水性鈦表面也可促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞分泌內(nèi)皮生長因子，在骨創(chuàng)傷性愈合的炎癥反應(yīng)階段即可促進(jìn)血管的生成。

?3.4?親水種植體可促進(jìn)骨生成、減少骨吸收

? ? ? ?迄今為止，國內(nèi)外針對成骨細(xì)胞與不同表面種植體的骨整合的體內(nèi)外研究較為廣泛。本課題組前期研究結(jié)果與國內(nèi)外研究得出的結(jié)論一致，即親水性鈦表面的成骨細(xì)胞生物學(xué)行為較活躍，親水性鈦表面可通過上調(diào)成骨細(xì)胞的整合素α2β1和整合素α5β1的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的早期黏附、增殖、遷移和分化。同時，親水性鈦表面細(xì)胞分泌的成骨相關(guān)活性因子較疏水性鈦表面增多。

? ? ???Bang等的體外研究表明，親水性SLA鈦表面增強(qiáng)了成骨細(xì)胞分化標(biāo)志物如堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runt-relatedtranscription factor 2，Runx2）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）的表達(dá)，成骨細(xì)胞在親水性SLA鈦表面的分化較在SLA鈦表面更為成熟。Nem?oi等將SLA表面和親水性SLA表面種植體均植入糖尿病和健康模型的兔子股骨中，4個月后發(fā)現(xiàn)親水性SLA?表面種植體的成功率、種植體周圍成骨細(xì)胞的數(shù)量及種植體的骨接觸率（bone-implant contact，BIC）均較SLA?表面種植體高。

? ? ? ?已有眾多研究證實(shí)，親水種植體表面可更多更快地吸附血液中多種蛋白質(zhì)成分，提供促進(jìn)骨生成的環(huán)境，同時釋放更多生物活性因子，加速成骨細(xì)胞的早期黏附、增殖和分化，促進(jìn)骨整合。骨的生理穩(wěn)態(tài)依賴于骨吸收和骨形成之間的動態(tài)平衡，骨吸收及重建依賴于破骨細(xì)胞的調(diào)控。已有大量研究表明，親水種植體表面可對破骨細(xì)胞行為起到一定抑制作用。

? ? ? ?Mamalis等在SLA鈦表面和親水性SLA鈦表面培養(yǎng)人牙周韌帶細(xì)胞，RT-PCR檢測了細(xì)胞分泌的調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞行為相關(guān)因子骨保護(hù)素（OPG）、核因子κB受體活化因子配體（RANKL）的基因表達(dá)水平，結(jié)果顯示，親水性鈦表面上調(diào)了OPG?基因表達(dá)水平，下調(diào)了RANKL基因表達(dá)水平。因此，親水性鈦表面可通過調(diào)控RANKL-RANK-OPG?分子通路抑制骨吸收。Bang等的體外研究證實(shí)了親水性鈦表面可抑制破骨細(xì)胞的分化效應(yīng)，并認(rèn)為此效應(yīng)可能有利于減緩種植體周圍邊緣骨喪失，確保種植體的長期穩(wěn)定性；同時其表面又可加速成骨細(xì)胞增殖、分化，有利于骨整合，提升了種植體的早期負(fù)載能力，確保種植體的早期穩(wěn)定性。

4.總結(jié)與展望

? ? ? ?口腔種植技術(shù)已成為牙齒缺失的重要修復(fù)方法，然而種植體骨整合時間長或結(jié)合不良而導(dǎo)致的種植失敗病例仍有發(fā)生，尤其是合并有全身性疾病的患者，如骨質(zhì)疏松癥、糖尿病等，其種植成功率明顯低于全身健康者。只有更深入地了解種植體的骨整合機(jī)制，才能盡早設(shè)計出早期穩(wěn)定且更持久的、適合應(yīng)用于不同基礎(chǔ)疾病患者的種植體。

???????山東恒泰醫(yī)療器械有限公司（原泰安康盛生物科技有限公司）位于山東省泰安市，專注于口腔種植體研發(fā)、生產(chǎn)及銷售。公司生產(chǎn)的泰山&康盛種植體已通過國家藥監(jiān)局親水型種植體的注冊。泰山&康盛種植體的制造材質(zhì)為生物相容性良好的高強(qiáng)度純鈦，包含六個系列，分別為泰山TK-GY種植體、泰山TK-GY親水種植體、康盛柱形種植體、康盛柱形親水種植體、康盛微錐種植體和康盛微錐親水種植體；表面處理采用SLA表面處理和活性親水SLA表面處理兩種方式；連接結(jié)構(gòu)采用平臺轉(zhuǎn)換、錐面連接、十字鎖合等先進(jìn)設(shè)計理念。