曲露露 李美華 羅云綱

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院口腔科，吉林 長(zhǎng)春 130041)

純鈦種植體表面處理技術(shù)促進(jìn)骨整合研究進(jìn)展

曲露露 李美華 羅云綱

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院口腔科，吉林 長(zhǎng)春 130041)

純鈦種植體；骨整合；生物相容性；種植體表面處理技術(shù)

目前在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域純鈦種植體的研究和應(yīng)用日益廣泛，但還發(fā)現(xiàn)一些有待解決的問(wèn)題：①生活骨與種植體之間的整合率在25%～85%〔1〕之間；②純鈦種植體種植周期長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足患者迫切要求盡早恢復(fù)功能和美觀的愿望；③種植體界面處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)并不穩(wěn)定〔2〕等。種植體表面早期骨形成影響因素包括受植區(qū)的生物學(xué)特性和種植體的表面特性。受植區(qū)的生物學(xué)特性是指受植區(qū)骨的解剖生理學(xué)特點(diǎn)，包括骨代謝特點(diǎn)、骨密度、血供、生長(zhǎng)因子和成骨細(xì)胞來(lái)源等。種植體的表面特性是指種植體的表面形態(tài)、表面元素和表面親水性等〔3〕。通過(guò)對(duì)種植體表面處理可增加粗糙度，增強(qiáng)潤(rùn)濕性，改變表面化學(xué)組成，使其達(dá)到早期骨整合和更高的結(jié)合強(qiáng)度，縮短純鈦種植體種植周期〔4〕。本文通過(guò)對(duì)純鈦種植體表面處理技術(shù)即種植體自身微結(jié)構(gòu)改變和種植體表面涂層進(jìn)行綜述，分析比較目前幾種種植體表面處理技術(shù)的效果及展望臨床應(yīng)用前景。

1 純鈦種植體自身表面微結(jié)構(gòu)改變技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)種植體植入骨組織后，組織細(xì)胞的黏附、增殖和分化行為、蛋白質(zhì)的吸收、接觸的面積與種植體表面微形態(tài)有直接決定性關(guān)系，種植體—骨界面的骨整合時(shí)間、結(jié)合率和結(jié)合強(qiáng)度因此受到影響〔5〕。種植體中與光滑表面比較發(fā)現(xiàn)，粗糙表面的種植體在早期骨整合及應(yīng)力穩(wěn)定性上有明顯優(yōu)勢(shì)，但粗糙度過(guò)大會(huì)造成離子泄露也多，其抗腐蝕性因此就會(huì)降低。那么如何在種植體表面處理中達(dá)到適當(dāng)?shù)拇植诙纫殉蔀橛懻摕狳c(diǎn)。

1.1 表面酸蝕處理法 酸蝕即將種植體放置在酸性溶液中，去除種植體表面雜質(zhì)，形成微孔(大小主要為1～3 nm)和離子鍵，以增加親水性，從而提高了骨整合能力。在常溫下進(jìn)行操作，程序簡(jiǎn)單〔6〕。

1.2 噴丸/噴砂表面處理法 噴丸/噴砂是指高速連續(xù)噴射彈丸至種植體表面形成孔洞以增加表面的粗糙度。這些孔洞相當(dāng)于骨陷窩，可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附?？锥吹闹睆酱笮∨c彈丸的尺寸大小、噴射距離的遠(yuǎn)近及噴射壓力有關(guān)。彈丸材質(zhì)有鑄鐵、鑄鋼、陶瓷和玻璃等多種，噴丸和噴砂的區(qū)別在于彈丸的材質(zhì)不同，但僅此項(xiàng)處理得到的粗糙表面是不均勻的，且有彈丸顆粒殘留。為彌補(bǔ)以上不足，形成潔凈均勻的粗糙表面，將酸蝕與噴砂結(jié)合，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)，使其成為目前技術(shù)最成熟應(yīng)用最廣泛的表面處理方法。目前常用的噴砂酸蝕是首先用大顆粒噴砂獲得10～30 μm孔洞并形成一級(jí)粗糙度，類(lèi)似于骨陷窩便于成骨細(xì)胞的附著以及血管的長(zhǎng)入和骨代謝物的排泄，并增加機(jī)械鎖合力；混合酸高溫酸蝕獲得1～3 μm微孔形成二級(jí)粗糙度，利于骨細(xì)胞等吸附、增殖分化和礦化成骨，同時(shí)清除了噴砂顆粒的殘留，這種多級(jí)立體結(jié)構(gòu)不僅有利于骨整合，且明顯增加了種植體的扭矩值〔7〕。瑞士的Straumman種植體系統(tǒng)(SLA/SLActive)、德國(guó)的Ankylos系統(tǒng)、美國(guó)3i牙種植體系統(tǒng)均采用噴砂酸蝕處理。目前認(rèn)為表面微孔直徑為1～4μm、粗糙度為1～3.62 μm的種植體表面較利于骨細(xì)胞附著生長(zhǎng)，粗糙度>3.62 μm不利于骨組織附著結(jié)合〔8〕。

1.3 激光表面處理法 激光作為材料加工技術(shù)應(yīng)用于種植體表面處理時(shí)間并不長(zhǎng)，處理過(guò)程中，不直接接觸種植體表面，不生成新的雜質(zhì)污染。目前通過(guò)對(duì)激光能量和照射時(shí)間的控制可以形成微孔和溝槽等結(jié)構(gòu)，由于其擁有殺菌、清潔、孔洞均勻、高效、便利和可控，可提供表面形態(tài)理想等眾多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。激光表面合金化(LSA)、激光表面熔覆陶瓷涂層及脈沖激光沉積(PID)等技術(shù)已被廣泛應(yīng)用〔9〕。有學(xué)者〔10〕用Nd：YAG激光轟擊種植體表面發(fā)現(xiàn)：種植體和骨組織的接觸面積增大、機(jī)械性能提高、有利于骨整合。Palmquist等〔11〕報(bào)道：激光處理后種植體植入人下頜骨2.5個(gè)月后，表面溝槽形態(tài)仍存在且對(duì)微結(jié)構(gòu)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了骨整合。除了以上優(yōu)勢(shì)外，激光表面處理技術(shù)還能增加鈦表面的耐腐蝕性。

飛秒激光近年來(lái)被大家熟知于角膜整形，目前將其應(yīng)用于種植體表面處理也成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。Wang等〔12〕利用飛秒激光在純鈦表面制備出了多種具有多級(jí)粗糙度有利于細(xì)胞攀附生長(zhǎng)的圖案，均提高了種植體的生物相容性，促進(jìn)種植體表面的成骨細(xì)胞黏附生長(zhǎng)。

2 純鈦種植體表面涂層技術(shù)

涂層技術(shù)是通過(guò)將生物活性較好的材料或離子等附著于種植體形成一定厚度和強(qiáng)度的膜層結(jié)構(gòu)，改變種植體表面形態(tài)，改善種植體骨界面的接觸面積、提高結(jié)合強(qiáng)度并加快整合速度。影響涂層的因素包括涂層材料的成分和沉降率，操作溫度，操作距離，操作環(huán)境等。

2.1 等離子噴涂(TPS)法 TPS法最常見(jiàn)的為羥基磷灰石(HA)TPS和純鈦粉等TPS。二者均可在種植體表面形成微孔，引導(dǎo)和促進(jìn)骨整合。HA層的骨接觸率高于純鈦粉TPS〔13〕，骨修復(fù)速度較快。HA涂層內(nèi)部應(yīng)力釋放產(chǎn)生平行或垂直于界面的裂紋，導(dǎo)致涂層剝離〔14〕種植失敗。純鈦粉TPS可以使種植體與骨組織的接觸面積增加，結(jié)合強(qiáng)度增大，但同時(shí)也會(huì)使離子泄露更多，防腐蝕性降低，同時(shí)TPS存在設(shè)備成本高，涂層薄厚不均易剝脫等問(wèn)題。為解決上述矛盾，近年來(lái)研究者多采用制備梯度涂層獲取低結(jié)晶度HA、添加其他材料提高結(jié)合強(qiáng)度、離子束輔助沉積技術(shù)、結(jié)合激光表面處理法共同應(yīng)用等手段?？晌盏拟}-磷涂層也是近期的研究重點(diǎn)。

2.2 微弧氧化膜法(MAO) MAO是陽(yáng)極氧化技術(shù)的一種，又稱(chēng)微等離子體氧化或陽(yáng)極火花沉積。在普通陽(yáng)極氧化的基礎(chǔ)上，在高溫高壓下氧化膜被擊穿，微弧放電瞬間高溫區(qū)熔化甚至氣化，在基底層形成了新的均勻多孔膜層的一種電化學(xué)反應(yīng)?？讖酱笮∨c電壓電流大小、電解質(zhì)濃度、電解質(zhì)種類(lèi)、時(shí)間等因素有關(guān)。多用來(lái)鋁、鈦、鎂金屬及其合金等耐熱、耐磨件的表面處理，以及電工材料、生物材料等的表面改性。20世紀(jì)30年代初期，由Gunterschulze和Betz首次報(bào)道，通過(guò)微弧氧化的方法改變純鈦種植體表面的氧化層結(jié)構(gòu)促進(jìn)骨整合是近年發(fā)展的新技術(shù) 。純鈦種植體在自然環(huán)境中表面會(huì)形成一層氧化膜，通過(guò)微弧氧化處理后，表面重新形成多孔粗糙類(lèi)似于“骨小梁”結(jié)構(gòu)較以前更厚的氧化膜，有利于成骨細(xì)胞黏附增殖分化，具有良好的穩(wěn)定性、生物相容性、抗腐蝕性和耐磨性〔15〕。王磊等〔16〕研究也通過(guò)微弧氧化處理鈦合金證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。

此外，可在電解液中添加鈣(Ca)、磷(P)元素，使其在純鈦種植體表面的氧化膜層附著，提升羥基磷灰石在表面的沉積速度〔17〕。此外，微弧氧化技術(shù)存在的能源利用率低、能量耗費(fèi)多等問(wèn)題限制其應(yīng)用，需要進(jìn)一步解決。

2.3 仿生溶液生長(zhǎng)法 仿生溶液生長(zhǎng)法是指模擬生理體液，將經(jīng)機(jī)械或物理化學(xué)等預(yù)處理后的種植體浸入，使其吸附仿生溶液中的物質(zhì)，形成磷酸鈣涂層，促進(jìn)骨整合〔18〕。利用仿生溶液方法處理鈦種植體表面的生物活性溶液可分為細(xì)胞黏附分子和生長(zhǎng)因子兩大類(lèi)。

細(xì)胞黏附分子中有一種特殊的結(jié)構(gòu)-RGD序列，RGD序列由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸組成，存在于多種細(xì)胞外基質(zhì)中，能有效地促進(jìn)細(xì)胞對(duì)生物材料的黏附。RGD序列的空間結(jié)構(gòu)、修飾密度、周?chē)蛄袑?duì)其活性都有一定影響。將RGD序列固定于鈦或鈦合金種植體表面，可以促進(jìn)成骨細(xì)胞對(duì)純鈦種植體表面的黏附，進(jìn)一步促進(jìn)骨整合。但實(shí)驗(yàn)證實(shí)由于其高度親和，多種細(xì)胞均含有同一整合蛋白，故缺乏特異性。Liu 等〔19〕將含RGD序列的骨橋蛋白吸附經(jīng)過(guò)預(yù)處理的種植材料表面，增強(qiáng)了材料的生物相容性，排斥反應(yīng)明顯降低。有學(xué)者〔20〕經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有 RGD 肽鏈涂層的 Ti-6Al-4V 種植體周?chē)呛铣闪枯^無(wú)涂層組顯著增多，同時(shí)纖維組織形成顯著減少。Rapuano 等〔21〕研究顯示：通過(guò)實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)含RGD序列的血漿纖維蛋白涂層與成骨前體細(xì)胞 MC3T3-E1聯(lián)合培養(yǎng)的Ti-6Al-4V 種植體表面，發(fā)現(xiàn)其具有刺激成骨細(xì)胞分化的功能。由于RGD 肽鏈涂層技術(shù)操作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效，因此在臨床推廣應(yīng)用上有優(yōu)勢(shì)。

種植體骨整合是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在不同階段會(huì)有不同的細(xì)胞生長(zhǎng)因子表達(dá)，且各生長(zhǎng)因子的協(xié)調(diào)作用于整個(gè)過(guò)程。劉康等〔22〕研究顯示：HA涂層復(fù)合轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子，促進(jìn)新生骨形成。Lind 等〔23〕通過(guò)體外及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證明轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)涂層可以顯著促進(jìn)種植體骨整合。在種植體表面處理中，應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)生長(zhǎng)因子是骨形態(tài)發(fā)生蛋2(BMP-2)。2007 年美國(guó)食品藥物管理局批準(zhǔn)一種緩釋的BMP-2 應(yīng)用于顱面部缺損治療。重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白(rhBMP)能誘導(dǎo)未成熟細(xì)胞向軟骨細(xì)胞和骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，具有誘導(dǎo)成骨作用〔24〕。今年來(lái)為達(dá)到持續(xù)發(fā)揮誘導(dǎo)成骨作用，學(xué)者們研究較多的是骨形態(tài)發(fā)生蛋(BMP)復(fù)合載體。何愛(ài)珊等〔25〕研究制備的HA-rhBMP涂層可明顯促進(jìn)種植體與骨的結(jié)合。Nie 等〔26〕將rhBMP-2與聚乳酸-羥基乙酸/羥基磷灰石(PLGA/HA)的復(fù)合緩釋?zhuān)梢栽鰪?qiáng)細(xì)胞對(duì)支架的附著性，降低毒性。

綜上所述，純鈦種植體的表面處理方法有多種，單憑一種方法獲得理想的骨整合效果是幾乎不可能的。進(jìn)一步從分子水平和基因水平探索骨整合的機(jī)制，多種表面處理方法聯(lián)合應(yīng)用，提高骨整合速度和強(qiáng)度，使種植技術(shù)周期縮短，成本降低，成功率升高，使其在臨床得到進(jìn)一步推廣。

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〔2014-09-15修回〕

(編輯 袁左鳴)

吉林省科技廳科研基金資助課題(No.201115097)；吉林省衛(wèi)生廳科研基金資助課題(No.20115023)；吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)科研支持計(jì)劃-前沿交叉學(xué)科創(chuàng)新項(xiàng)目(No.2013106019)

李美華(1963-)，女，主任醫(yī)師，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事口腔種植學(xué)和口腔材料學(xué)研究。

曲露露(1989-)，女，在讀碩士，主要從事口腔材料學(xué)研究。

R783.1

A

1005-9202(2015)12-3474-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2015.12.138