作者：羅惟丹，李明云，周學東，程磊，四川大學華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展及納米材料的廣泛應(yīng)用，越來越多的新型納米材料應(yīng)用到口腔醫(yī)學領(lǐng)域。納米羥磷灰石（nano-hydroxyapatite）分子式為Ca10（PO4）6（OH）2，其化學成分和結(jié)構(gòu)與天然骨及牙釉質(zhì)中的羥磷灰石晶體相似，顆粒大小為1~100nm，小于一般生物體內(nèi)的細胞，具有大的比表面積，以及比普通羥磷灰石更好的生物學性質(zhì)，如更小的細胞毒性，更好的生物相容性，更有利于骨形成。因具有優(yōu)良的生物相容性和安全性，納米羥磷灰石成為骨組織替代品和牙科修復材料的研究熱點，具有較好的應(yīng)用前景。

隨著口腔材料學的發(fā)展，納米羥磷灰石在口腔醫(yī)學方面的應(yīng)用主要涉及牙體再礦化、根管充填、頜骨缺損修復、種植等多個領(lǐng)域。納米羥磷灰石在牙科修復和牙髓治療方面的應(yīng)用研究已成口腔醫(yī)學領(lǐng)域中的研究熱點之一。

1.牙科材料改性

牙科充填樹脂因具有良好的可操作性、生物安全性和美學性能而被廣泛應(yīng)用于修復牙體缺損，然而其力學性能卻不及較傳統(tǒng)的銀汞合金。樹脂的力學性能主要受其基質(zhì)成分，填料的形態(tài)、粒度分布和比例，以及不同成分間界面結(jié)合力大小的影響。加入無機填料是提高樹脂基質(zhì)力學性能的一種有效方法，而填料的種類和顆粒大小對于最終效果十分重要。填料可以降低材料的熱膨脹系數(shù)，減小聚合收縮。樹脂中加入納米填料使其擁有更好的操作性能、美學性能，以及更高的力學強度和耐磨性。羥磷灰石具有優(yōu)異的生物相容性，能牢固地結(jié)合至骨組織并促進牙齒再礦化，還可以吸附蛋白質(zhì)和酶類，抑制牙體硬組織中微小裂縫的產(chǎn)生，起到防治齲病的作用。

在復合樹脂中加入納米羥磷灰石不會影響樹脂與牙體的密合性和邊緣封閉性，同時還能減少玻璃離子材料與牙體之間的微滲漏，增強抗力，提高粘接強度。有學者將納米羥磷灰石（粒徑<200nm）加入一種環(huán)氧基硅氧烷樹脂中，將改性后的樹脂放置在人工唾液中浸泡1、14、30、90d，測量其斷裂韌性、撓曲強度、抗壓強度以及彎曲疲勞極限，發(fā)現(xiàn)加入納米羥磷灰石的樹脂的力學性能比無添加的對照組顯著提高，并且隨著時間延長差異更加明顯。這說明加入納米羥磷灰石有助于延長樹脂的使用壽命，尤其是對于承受較大咬合力的后牙會更有意義。

Chen等用濕化學法合成了羥磷灰石納米纖維，該纖維直徑約100nm，長60~80μm。在復合樹脂中加入該羥磷灰石納米纖維可以提高樹脂的雙軸彎曲強度，然而含有較高質(zhì)量分數(shù)（5%或10%）羥磷灰石納米纖維的樹脂并不比含較低質(zhì)量分數(shù)（2%或3%）羥磷灰石納米纖維的樹脂的效果更好，甚至當質(zhì)量分數(shù)進一步上升至20%時，樹脂強度反而下降。這是因為，當質(zhì)量分數(shù)較低時，羥磷灰石納米纖維能均勻分散在材料中；而當質(zhì)量分數(shù)提高后，羥磷灰石納米纖維會聚集成束，無法有效增強材料的強度，甚至可能會形成微小缺陷。因此認為，將納米羥磷灰石控制在一定質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)可以使之在口腔牙科材料改性方面發(fā)揮巨大作用。

Liu等的研究同樣證實，當質(zhì)量分數(shù)低于30%時，納米羥磷灰石顆粒增強樹脂力學性能的作用隨著其質(zhì)量分數(shù)的增加而提高，但質(zhì)量分數(shù)40%的羥磷灰石反而會降低材料的力學性能。羥磷灰石顆粒形狀、大小和表面改性也會影響其效果。利用硅烷偶聯(lián)劑對納米羥磷灰石進行表面處理，更有利于其降低樹脂吸水性，增加表面硬度，提升樹脂使用壽命。雖然納米羥磷灰石擁有良好的生物相容性，但本身的力學性能欠佳，解決該問題的一種方法是誘導晶體在單維度生長形成納米棒。將這種棒狀的納米羥磷灰石加入自酸蝕粘接劑中，測量結(jié)果顯示其各方面力學性能均有顯著提升，這也與該納米棒在粘接劑中的均勻分布和膠體穩(wěn)定性有關(guān)。同時，在粘接劑中加入納米羥磷灰石也有助于牙本質(zhì)粘接界面的再礦化。

也有研究得出相反的結(jié)論。Lezaja等通過比較微米級的球形羥磷灰石、微米級針狀羥磷灰石以及納米級羥磷灰石對材料力學性能的不同影響，發(fā)現(xiàn)微米級的球形羥磷灰石效果最好，其次是微米級的針狀羥磷灰石，而納米羥磷灰石加入材料后性能反而下降。他們認為這與納米羥磷灰石在材料基質(zhì)中的不均勻分布有關(guān)，單獨的納米顆粒直徑為50~100nm，但是聚集成團后直徑為0.2~5μm，因此填充后材料性能下降并不能真實反映納米羥磷灰石的效果。Zhang與Darvell研究不同形態(tài)羥磷灰石加入復合樹脂Bis-GMA后對樹脂力學性能的影響。通過撓曲強度、斷裂韌性、彈性系數(shù)、維氏硬度檢測以及掃描電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)加入納米羥磷灰石的復合樹脂的力學性能不如加入微米級針狀羥磷灰石的樹脂。這可能與納米羥磷灰石易聚集成團有關(guān)。

由于納米羥磷灰石具有極大的表面積，納米顆粒趨向于聚集成5~20μm的團塊，而且在疏水性的樹脂基質(zhì)中很難將其分散，導致微孔的產(chǎn)生以及結(jié)合強度降低，影響材料的力學性能。如果納米羥磷灰石的分散性能夠得到有效提升，也許能在增強樹脂性能方面發(fā)揮更好的作用。

2.促進再礦化

牙體硬組織在酸的作用下會產(chǎn)生脫礦，進而導致齲病、酸蝕癥，造成牙體硬組織不可逆性損害。再礦化是指因脫礦丟失的礦物質(zhì)重新沉積到牙體表面的過程。當細菌代謝產(chǎn)生的酸溶解牙體組織中的無機結(jié)構(gòu)時，膠原蛋白網(wǎng)仍能得以保留，使再礦化成為可能，這也許會成為未來齲病治療的新方向。學者們研究了許多再礦化方法，包括應(yīng)用生物活性陶瓷、釋氟材料、酪蛋白磷酸肽鈣磷復合體、人工唾液、氫氧化鈣等；納米材料的應(yīng)用也在再礦化領(lǐng)域受到越來越多的重視，譬如納米羥磷灰石、納米碳酸磷灰石、納米碳羥磷灰石等。

在應(yīng)用納米材料促進再礦化技術(shù)方面，需要面對的一個重大的挑戰(zhàn)就是如何使這些材料有效地深入脫礦牙體組織深部，而非僅僅沉積在牙體組織表面。研究表明，納米羥磷灰石顆粒能有效滲透進入脫礦牙本質(zhì)的膠原纖維網(wǎng)中，這些滲入膠原網(wǎng)中的納米粒子通過扮演成核中心的角色，為促進再礦化提供了一個合適的環(huán)境。雖然其促再礦化作用有限，但加入反絮凝劑六偏磷酸鈉可以在一定程度上增強這種作用，加入丙酮作為媒介也能提高再礦化液的滲透性。

經(jīng)過納米羥磷灰石處理的脫礦牛牙釉質(zhì)，其表面顯微硬度較未經(jīng)處理組顯著增加。使用掃描電子顯微鏡可以觀察到納米羥磷灰石顆粒沉積在微孔狀的脫礦釉質(zhì)表面，形成一層新的礦物質(zhì)層。納米羥磷灰石的再礦化能力與其濃度大小密切相關(guān)。當質(zhì)量分數(shù)低于10%時，納米羥磷灰石的促進再礦化能力隨其質(zhì)量分數(shù)增加而升高；而當質(zhì)量分數(shù)高于10%時，促再礦化能力不再有提升。提示10%是納米羥磷灰石再礦化液的理想質(zhì)量分數(shù)。若要再礦化形成的牙體硬組織達到原有結(jié)構(gòu)和功能，不能單靠礦物質(zhì)無序的堆積，更重要的是模仿天然牙中羥磷灰石的排列結(jié)構(gòu)。

釉質(zhì)的形成是一項高精度的調(diào)控過程，受基因、蛋白質(zhì)、體液等生物因素的共同影響。因此，相關(guān)學術(shù)界就提出了一個新概念：生物礦化（biomineralization），即由生物體通過生物大分子的調(diào)控生成無機礦物。有學者通過誘導納米羥磷灰石在單晶體微帶上沉積，于體外形成了有序排列、分層級的羥磷灰石結(jié)構(gòu)。在這種微帶支架上，羥磷灰石晶體從無序的、鱗片狀聚合體長成有序的針狀、束狀納米晶體以及多孔狀結(jié)構(gòu)，它與天然牙的釉質(zhì)結(jié)構(gòu)十分類似。氟的存在能促進該結(jié)構(gòu)形成。臭氧水溶液能提高納米羥磷灰石的再礦化能力。

將人工脫礦的牙體樣本置于人口腔內(nèi)，用0.1mg·L-1臭氧水溶液與10%納米羥磷灰石混合處理21d后，發(fā)現(xiàn)其再礦化效果優(yōu)于單獨的納米羥磷灰石組。納米羥磷灰石和五倍子聯(lián)用同樣也可以在再礦化方面起到協(xié)同作用。Huang等將五倍子水提取物與棒狀納米羥磷灰石（短徑5~26.7nm，長徑30~84nm）混合處理早期脫礦釉質(zhì)齲，結(jié)果單獨應(yīng)用納米羥磷灰石僅僅是使礦物質(zhì)沉積在脫礦區(qū)表面，并不能減少脫礦深度；納米羥磷灰石與五倍子聯(lián)用不僅可以增加脫礦區(qū)表面的礦物沉積，同時還能使更深層的病損體部發(fā)生再礦化，有效減少了脫礦深度。這說明五倍子水提取物可以增強納米羥磷灰石在釉質(zhì)脫礦層的沉積、吸附能力。同時也發(fā)現(xiàn)pH值的高低會影響納米羥磷灰石作用效果。

納米羥磷灰石牙膏有著媲美含氟牙膏的促再礦化能力。體外研究證實：用含質(zhì)量分數(shù)7%納米羥磷灰石的牙膏在體外模擬刷牙過程，可以起到促再礦化作用，其效果和含氟牙膏相同，對牙本質(zhì)的再礦化效果甚至優(yōu)于含氟牙膏。同時，納米羥磷灰石還能預防脫礦的發(fā)生。體內(nèi)研究也證實了這一點，提示納米羥磷灰石牙膏可能成為含氟牙膏的替代品，尤其適用于小孩以及易患氟牙癥的人群。運動飲料因其具有潛在的致齲可能而備受爭議。

將納米羥磷灰石加入運動飲料，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分數(shù)0.25%的納米羥磷灰石即能有效抑制齲病的發(fā)生和進展。在飲用含納米羥磷灰石運動飲料的實驗組對象中，未發(fā)生牙面酸蝕，牙體表面顯微硬度與實驗前相比也僅降低6%；不含納米羥磷灰石的對照組平均牙面酸蝕深度為12.70μm，牙表面顯微硬度降低80%。研究結(jié)果表明，添加一定濃度的納米羥磷灰石可以有效抑制運動飲料的致齲潛能。另一項實驗研究在運動飲料中加入納米羥磷灰石的適宜濃度，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分數(shù)為0.05%的納米羥磷灰石有減輕齲損發(fā)生的能力，且隨著濃度增加而增加，當質(zhì)量分數(shù)達到0.25%時，飲用運動飲料將不再導致釉質(zhì)脫礦。

3.牙本質(zhì)脫敏

牙本質(zhì)敏感（dentinhypersensitivity）是牙受到外界刺激（如溫度、化學物質(zhì)及機械作用等）所引起的酸痛癥狀。牙本質(zhì)小管的開放是造成牙本質(zhì)敏感的重要原因。流體動力學說認為，牙本質(zhì)小管內(nèi)的組織液與牙髓組織相通，當牙本質(zhì)表面受到各種刺激時，小管液的運動可機械地攪動牙髓內(nèi)容物，進而間接地興奮其中的游離神經(jīng)末梢，產(chǎn)生痛覺。因此，采用安全、有效的生物材料封閉暴露的牙本質(zhì)小管是控制牙本質(zhì)敏感的重要方法。

3.1納米羥磷灰石對牙本質(zhì)小管的封閉

酪蛋白磷酸肽鈣磷復合體（caseinphosphopeptides-amorphouscalciumphosphate，CPPACP）能促進牙齒脫礦部位再礦化。無定形磷酸鈣（amorphouscalciumphosphate，ACP）在臨床上已被證實具有快速減輕牙本質(zhì)敏感的效果。通過掃描電子顯微鏡對比觀察CPP-ACP和短軸20~30nm、長軸50~100nm的棒狀納米羥磷灰石對牙本質(zhì)小管的封閉效果，發(fā)現(xiàn)納米羥磷灰石優(yōu)于CPP-ACP組和空白對照組，說明在體外條件下，與CPP-ACP相比，納米羥磷灰石可更有效地封閉暴露的牙本質(zhì)小管。這可能首先歸因于納米羥磷灰石細化的納米粒子相對于牙本質(zhì)薄片中牙本質(zhì)小管的直徑（約2μm），納米級羥磷灰石足夠細小，較容易進入牙本質(zhì)小管內(nèi)。其次，良好的封閉效果還得益于納米羥磷灰石與牙本質(zhì)表面具有較好的黏附力。納米羥磷灰石難溶于人工唾液的性質(zhì)也是其有效封閉牙本質(zhì)小管的因素之一。

3.2含納米羥磷灰石牙膏

與近年來常用的抗過敏牙膏相比，含納米羥磷灰石的牙膏的脫敏效果與之相當。在給患有牙本質(zhì)敏感癥的患者使用含有納米羥磷灰石的牙膏2d后，敏感癥狀即有所改善；使用2周后，酸痛癥狀得到顯著減輕。

3.3含納米羥磷灰石牙科漂白劑

牙漂白技術(shù)被越來越多地應(yīng)用于增白牙齒色澤、改善美觀，但它也會帶來一些不良反應(yīng)（如牙敏感癥），實際上大多數(shù)患者在牙齒漂白后的一段時間內(nèi)都會出現(xiàn)牙齒酸痛等敏感癥狀。為了獲得最佳漂白效果，漂白劑的濃度越高越好，但這會導致更加嚴重的敏感。因此，美國牙科協(xié)會與歐洲相關(guān)法規(guī)都將漂白劑中過氧化氫的濃度限定在一個較低的范圍。為了達到最大化的漂白效果，同時又不至于引起強烈牙齒過敏癥狀，有學者將質(zhì)量分數(shù)2%的納米羥磷灰石加入含質(zhì)量分數(shù)6%過氧化氫的凝膠中，發(fā)現(xiàn)牙齒的敏感癥狀顯著減輕，同時過氧化氫的漂白效果并未受到影響。因此，將納米羥磷灰石應(yīng)用于牙科漂白劑中可以減少漂白后不良反應(yīng)的發(fā)生，具有良好的臨床應(yīng)用前景。

4.牙髓治療

4.1根管封閉劑

根管內(nèi)所用藥物與根管牙本質(zhì)和根尖周組織直接接觸，因此必須保證其無毒性，并且最好具有一定生物活性。納米羥磷灰石可用于根管內(nèi)，達到一個更穩(wěn)定的牙本質(zhì)-材料結(jié)合界面。納米羥磷灰石作為填料，在理論上可以使更多無機鹽離子沉積在根管壁表面，增強材料的封閉性。納米羥磷灰石還可以誘導礦物晶體生長發(fā)生礦化。在以甲基丙烯酸酯為基底的根管封閉劑內(nèi)加入直徑26.8nm的納米羥磷灰石，不會改變封閉劑的黏性、油膜厚度以及X射線阻射性，流動性的降低也較小。

有學者發(fā)現(xiàn)，將納米羥磷灰石加入環(huán)氧樹脂基的封閉劑中，不影響封閉劑的原有性能，效果良好。上述研究結(jié)果表明，納米羥磷灰石有望在根管充填材料中發(fā)揮更大的作用。

4.2直接蓋髓

直接蓋髓使暴露的牙髓表面生成新的牙體硬組織屏障，即修復性牙本質(zhì)或牙本質(zhì)橋。用作直接蓋髓的材料應(yīng)該能誘導牙本質(zhì)橋形成，對組織損傷性最小，從而修復牙髓組織的結(jié)構(gòu)和功能。氫氧化鈣一直是直接蓋髓的首選材料，能成功誘導牙本質(zhì)橋形成，然而也存在不足之處，會引起牙髓炎性反應(yīng)和壞死，并且新生牙本質(zhì)橋結(jié)構(gòu)與原來的牙本質(zhì)不同，質(zhì)量較差。能釋放鈣離子并且具有較高pH值的材料可以促進牙體硬組織屏障形成。羥磷灰石具有上述兩項特點，然而將羥磷灰石用于直接蓋髓可能引發(fā)牙髓炎性反應(yīng)和牙髓壞死。因此，有學者研究了直徑<100nm的羥磷灰石作為直接蓋髓劑的可能性。它可以在牙髓和蓋髓劑之間成功誘導出具有連續(xù)性、規(guī)則結(jié)構(gòu)的牙本質(zhì)橋和骨樣牙本質(zhì)，其引發(fā)的牙髓炎性反應(yīng)也比氫氧化鈣輕微，并且隨著時間延長而牙髓炎性反應(yīng)迅速減弱。鑒于能誘導出完整的牙本質(zhì)橋并且牙髓的細胞血管反應(yīng)良好，納米羥磷灰石也許可以作為一種新的直接蓋髓的材料。

5.牙髓組織工程學

在牙科學領(lǐng)域，組織工程技術(shù)的出現(xiàn)使牙體組織的自身修復有望實現(xiàn)。牙體組織工程需要3個基本要素：合適的細胞來源、生物可降解的支架以及理想的細胞功能信號分子。其中，生物可降解支架是為細胞提供良好生長、分化微環(huán)境的關(guān)鍵因素。近年來，靜電紡絲技術(shù)成功應(yīng)用于細胞支架的制作中，能夠合成類似于細胞外基質(zhì)的多孔狀纖維結(jié)構(gòu)。

將納米羥磷灰石加入這種支架中具有很多優(yōu)點：1）羥磷灰石是構(gòu)成牙體無機結(jié)構(gòu)的主要成分，而納米羥磷灰石與牙體組織中的羥磷灰石晶體結(jié)構(gòu)相似，比微米羥磷灰石具有更好的蛋白質(zhì)吸附能力和細胞附著能力。2）與微米羥磷灰石相比，納米羥磷灰石有更高的可溶性，能夠增加基質(zhì)親水性，而后者對于增強細胞的黏附和生長十分重要。有學者合成了一種聚己內(nèi)酯-明膠-納米羥磷灰石纖維支架，其中納米羥磷灰石的直徑為50~80nm，在體外研究該支架對牙髓干細胞的作用。結(jié)果表明，該支架能支持牙髓干細胞在其上黏附、增殖并向成牙本質(zhì)細胞分化，納米羥磷灰石的存在能上調(diào)堿性磷酸酶活性并促進骨鈣素的分泌，發(fā)生礦化反應(yīng)。

將附有干細胞的支架植入裸鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)植入體均被薄層結(jié)締組織包裹覆蓋，不會引起炎性反應(yīng)，其內(nèi)有明顯的硬組織形成，但沒有軟組織長入，這可能與支架孔隙直徑過小而不利于軟組織長入有關(guān)。同時，納米羥磷灰石的存在上調(diào)了一些特定牙源性基因的表達?？偠灾?，這種納米纖維支架能夠支持牙髓干細胞增殖、分化，并且納米羥磷灰石的存在能夠顯著增加干細胞向成牙本質(zhì)細胞分化。多項研究表明，納米羥磷灰石可以促進組織工程支架上牙髓干細胞的早期黏附和增殖，增加細胞外基質(zhì)的生成。這為實現(xiàn)牙體組織的自身修復提供了可能，有望在未來的組織工程領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

6.結(jié)論及展望

綜上所述，納米羥磷灰石與天然牙釉質(zhì)中的羥磷灰石在結(jié)構(gòu)和組成上十分相似，結(jié)合了納米材料和生物材料的優(yōu)點，不僅具有良好的生物相容性，而且能提高修復材料的力學性能，促進早期齲再礦化，緩解牙本質(zhì)過敏癥狀，提高牙髓治療療效并在牙髓組織工程學中得以應(yīng)用。納米羥磷灰石在應(yīng)用過程中也表現(xiàn)出一些不足之處，如其抗壓強度、抗彎曲強度仍不能完全滿足臨床需要；隨著時間推移，材料性能逐漸下降；納米羥磷灰石本身沒有抗菌效果等。相信隨著對納米羥磷灰石研究的不斷深入，一定能夠研制出強度和性能更適合牙科治療所需的納米羥磷灰石材料，并有望在口腔基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中發(fā)揮更大、更好的作用。

來源：羅惟丹,李明云,周學東,程磊.納米羥磷灰石在牙體修復和牙髓治療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國際口腔醫(yī)學雜志,2018,45(02):192-198.

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