牙髓不仅能为牙齿提供营养，还能使牙齿感受到环境的刺激，牙髓的反应与牙本质再生能阻挡外界病原体的入侵，牙髓的健康关系着牙齿的存活率。医学的进步使人们对于医疗的要求不再局限于治疗疾病与缓解症状，还希望保留及重建天然的人体组织并维持其正常功能。从牙科医疗的观点出发，人们希望牙科治疗能有更理想的预后以保留更多的天然牙列，同时对于牙齿美观上的要求也相应提高了。当牙髓或牙根周围组织由于龋齿、断裂或其他因素造成牙髓及周围组织疾病，则需要以根管治疗或活髓保存治疗（vital pulp therapy）等术式保存牙齿与牙髓的功能。微创牙医学时代的来临改进了传统活髓治疗的缺点，寻求高成功率、低创伤的新型活髓治疗材料与治疗理念将成为未来牙科医疗发展的趋势之一。由于组织再生观念的进步与生物医学材料的发展，钙硅陶瓷材料等具有生物活性的材料，因其生物相容性良好并具有诱导钙化组织生成的能力，在活髓保存治疗中具有良好的应用前景。现针对活髓保存治疗生物医学材料的应用与改良做一文献回顾，以钙硅类材料为例探讨生物医学材料在活髓保存治疗中的作用。
目前，活髓保存治疗的目标已不仅仅局限于封闭髓腔及根管系统，更期望重建遭到破坏的牙髓组织，对用于活髓保存治疗的生物医学材料的要求也从单纯的充填修复上升为抗菌、抗炎及促进组织再生，结合组织工程的医疗理念，牙科生物医学材料应用于牙髓疾病治疗的全新研究视野已开启[1]。
一，活髓保存治疗
活髓保存治疗是指当牙齿发生龋坏或受到外界刺激时，维持受损牙髓组织活性的治疗方式，包括间接盖髓、直接盖髓、部分牙髓切除与活髓切断（pulpotomy），活髓保存治疗的目的是刺激修复性牙本质生成，保留健康的牙髓组织并维持牙髓的活性，从而保存牙齿正常的生理功能[2]。
活髓保存治疗的成功取决于三大因素：
①清除感染源；
②诱导牙本质再生的生物医学材料；
③冠部封闭，预防细菌再进入。根据1966年Kakehashi等[3]以无菌鼠进行的实验，将老鼠磨牙的牙髓直接暴露于口腔环境中，其上方不做任何充填，14 d后发现有钙化屏障生成且其下方的牙髓组织呈现正常状态，并无炎症迹象，因此推测活髓保存治疗成功的重点在于清除细菌感染源。然而，除了清除受到细菌侵犯的牙齿结构及牙髓组织外，为预防细菌再进入进行严密冠部封闭及其上部的牙体修复也是治疗的重点之一。Kakehashi等[3]研究还显示，诱导形成的钙化屏障具有许多孔隙，其形态也不具备牙本质结构。以上结果提示若要诱导牙本质?牙髓组织再生，可能需要使用特殊的材料吸引下方的牙髓组织内未分化细胞的贴附，并诱导这些细胞分化为类成牙本质细胞，促进修复性牙本质形成，以达到牙本质与牙根继续生长的治疗目的。
二，活髓保存治疗材料
活髓治疗必须在有效的感染控制和成功止血后，在存活的牙髓组织上方覆盖活髓材料诱导修复性牙本质形成，还应使用密封性良好的材料充填冠部窝洞以避免微生物渗漏[4]。因此，理想的活髓治疗材料应首先具有良好的封闭能力，可以完全阻断微生物损伤牙齿支持组织或牙髓组织的可能途径。同时，由于活髓材料直接与活体组织接触，良好的生物相容性也是必备要素；除了无细胞毒性外，还应具有引导牙本质再生的能力。此外，应用简便易操作也是一个理想生物材料用于临床治疗的基础条件。综上所述，理想的活髓保存治疗材料应具备良好的抗菌抑菌性、封闭能力、生物相容性及临床操作简便的性质，同时还必须符合体积稳定、无溶解性、不刺激牙髓组织、具有放射线阻射性（radiopacity），可藉由X线影像判别充填质量等特性[2，5]。
1，氢氧化钙（calcium hydroxide）
氢氧化钙于1921年引入根管治疗领域，其应用范围包括间接与直接盖髓术、活髓切断术、根尖成形术（apexification）与根尖生成术（apexogenesis），由于氢氧化钙具有杀菌能力，能溶解组织、抑制牙齿吸收，并能诱导硬组织的修复和生成，同时价格便宜且在动物实验中可诱导生成牙本质桥，因而成为目前临床应用最普遍的活髓保存治疗材料[2]。氢氧化钙是一种强碱性物质，pH值约12.5。在水溶液中，氢氧化钙解离成钙离子和氢氧根离子，其中氢氧根离子是高度氧化的自由基，且反应性极高，能破坏细菌的细胞膜和DNA，氢氧化钙导致的高pH值还能使蛋白质变性[6]。
根据文献回顾，虽然有氢氧化钙应用于各种活髓治疗术的成功病例报道[2，5]，并且氢氧化钙可以诱导牙本质桥的生成，但组织学研究显示其诱导生成的牙本质桥并不完整且多孔洞，而且由于氢氧化钙的高溶解性，其与牙本质间缺乏黏着性，无法提供良好的封闭性以抵抗细菌的微渗漏，后续发生细菌再侵入的风险极高[7]。近期研究也显示，氢氧化钙长时间放置可能弱化牙齿的结构，增加牙根断裂的可能[8]。
2，三氧化矿物凝聚体（mineral trioxide aggregate， MTA）
MTA 即矿物氧化物的聚合物，是1993年Lee等[9]以“封闭根管系统与根尖或牙周组织通道”为目的研发的钙硅生物医学陶瓷材料，1998年获得美国食品及药品管理局的认证通过，之后MTA被广泛应用于根尖倒充填（retrograde filling）、盖髓治疗、根管穿孔修补（root perforation repair）及牙根形成术。MTA是一种亲水性灰色粉末，成分与硅酸盐水泥（portland cement）相似，主要含有硅酸三钙（tricalcium silicate）、硅酸二钙（dicalcium silicate）、铝酸三钙（tricalcium aluminate）、铁铝酸四钙（calcium aluminoferrite），MTA中还加入了少量的矿物氧化物用于调整材料的化学物理性质，添加了氧化铋（bismuth oxide）以增加MTA的放射线阻射性[10]。因灰色MTA在盖髓治疗时可能造成牙齿染色，性能改进后的白色MTA粉末于2002年问市。
MTA是一种以三钙硅酸盐为主要成分的钙硅生物陶瓷（calcium silicate bioceramics）。MTA粉末与水以31的比例调拌混合后，粉末开始溶解与再结晶的水合反应（hydration），约3～4 h后硬化为固态结构[9]，以钙硅水合物（calcium silicate hydrate, C?S?H）与氢氧化钙为主要产物[11]。混合后的MTA呈高碱性，pH值由10.2 上升至12.5，抗压强度从24 h的40 MPa上升至21 d的67 MPa，其强度大约与暂时复型材（intermediate restorative material, IRM）相当[10]。初期的研究指出，MTA具有良好的生物相容性及根尖封闭性[12]，还具备生物表面活性特质，在体液环境中可在材料表面生成类磷灰石结构，促进组织钙化[13]。在活髓保存治疗的应用方面，El?Meligy和Avery[14]及Leye Benoist等[15]针对年轻恒牙进行根尖生成术与根尖成形术的临床试验结果显示，与氢氧化钙相比，MTA在临床与放射线检查方面均有较高的治疗成功率。此外，MTA在诱导牙根生成与根尖屏障方面较氢氧化钙更有效率，可以减少牙齿因长期放置氢氧化钙增加的断裂风险。
MTA能刺激成牙本质细胞增生，诱导牙髓中类成牙本质细胞（odontoblast?like cells）分化[16?17]。一些研究也显示，用MTA盖髓后形成的牙本质桥完整，且其下方的牙髓组织并无炎症迹象[18?19]。然而，MTA仍具有许多缺点需要改进，过长的硬化时间造成临床治疗的不方便、操作上具有技术敏感性、价格过于昂贵及可能造成牙齿变色等问题都造成MTA应用上的限制[20]。
3，新型的牙髓病修复性材料Bioaggregate与iRoot BP（爱汝特）
近年来对生物医学陶瓷的研究越来越深入，也有不同的产品问世。Bioaggregate（Innovative BioCeramix, Vancouver, Canada）同样由硅酸钙与硅酸钙氧化物组成，与MTA不同的是Bioaggregate不含铝酸钙，而是含有较多的磷酸盐[21]。Bioaggregate与MTA有相似的生物相容性、细胞毒性与炎症反应，也能刺激成牙本质细胞分化，但其推出强度与抗压强度均不如MTA理想。放置于含磷的人工组织液中3 d，白色MTA的平均抗压强度约为86.23 MPa，而Bioaggregate的平均抗压强度仅为25.36 MPa [22]。
iRoot BP（Innovative BioCeramix， Vancouver， Canada）同样也是不含铝的钙硅材料，采用预混材料的设计可直接使用而无需调拌，主要应用于根管倒充填及穿孔修补术。研究显示，iRoot BP具有生物相容性，细胞毒性与MTA接近，并且能促进人牙髓干细胞分化为成牙本质细胞[23?24]。抗菌实验显示，MTA、iRoot BP和iRoot BP Plus对粪肠球菌（Enterococcus faecalis）与 白色念珠菌（Candida albicans）有相似的抗菌能力。抗渗漏的研究显示，iRoot BP Plus与白色MTA阻挡葡萄糖渗漏的能力相近[25]。
4，生物牙本质修补材料Biodentine（赛普敦）
Biodentine（Septodont，Saint Maur des Faussés, France）是一种具有生物活性的钙硅材料，以硅酸三钙为基底，粉末中包含硅酸三钙、硅酸二钙、碳酸钙、氧化钙及氧化锆，液体成分包含氯化钙与水溶性聚合物。其中，碳酸钙及氯化钙的使用有助于降低硬化时间，解决了MTA不易操作及硬化时间过长的问题。以聚羧酸盐（polycarboxylate）为基底的水溶性聚合物能保持材料在低水粉比例下的流动性。
Biodentine因具有类似牙本质的机械性质，已发展作为充填牙本质缺损的材料，又因其具有生物活性与生物相容性，也被用于直接盖髓。Shayegan等[26]比较了将Biodentine、白色MTA和甲醛甲酚（formocresol）作为猪乳牙断髓后的盖髓材料，以及使用Biodentine、白色MTA和氢氧化钙作为直接盖髓材料后牙髓组织的反应，认为Biodentine和白色MTA具有同样的生物相容性，都适合作为猪乳牙的盖髓材料。Jung 等[27]研究显示，MTA可藉由活化丝裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase, MAPK）刺激牙本质母细胞分化与矿化结节形成，Biodentine与Bioaggregate均具有与MTA类似的功能。 Biodentine有促进人牙髓干细胞增生、迁移及黏附的能力。Biodentine的硬化时间约为45 min，抗压强度约为67.18 MPa[28]。
对于Biodentine与牙本质交互作用的研究显示，Biodentine可以在牙本质表面形成一层钙化物致密层，并可深入牙本质小管内形成条状结构。Biodentine的高碱性可促进牙本质中胶原蛋白分解并使牙本质通透性增加，造成Biodentine中钙离子、氢氧根离子及碳酸根离子的高速渗透，进而促进牙本质小管内的矿化作用，在钙硅材料与牙本质界面间形成致密的矿物浸润层，达到良好的密封效果[29]。
三，活髓保存治疗材料研究的展望
随着近年来对于牙髓组织活性的保存越来越重视，活髓治疗材料也在持续改进。临床上使用氢氧化钙进行活髓治疗已超过百年，其治疗机制主要是利用氢氧化钙的高碱性对感染牙髓进行杀菌，并且刺激牙髓组织形成牙本质桥以达到成功治疗的目的；然而所诱导的牙本质桥质量不佳且呈多孔洞性，造成远期治疗预后不佳。近十年来，以MTA为首发展的钙硅生物材料，在动物实验及临床活髓治疗研究中均显示其不但可以诱导促进牙本质的新生，且其诱导产生的牙本质桥具有致密的结构，与传统氢氧化钙材料相比，钙硅生物医学材料应用于活髓治疗能获得更佳的疗效。
然而，无论使用氢氧化钙还是钙硅生物材料，清除发炎与感染的牙髓组织，保留健康的牙髓组织都是成功治疗的关键。临床活髓保存治疗的病例，其牙髓组织的炎症程度与感染情况不尽相同，当炎症较轻微时，活髓治疗的术式相对简单，并且有较高的成功率；但当牙髓组织炎症较严重，甚至发生牙髓局部坏死时，髓腔与根管系统内可能已无健康的牙髓组织，此时正确判断牙髓状态并保留可恢复健康的牙髓组织成为活髓治疗成功的重要挑战。因此，除了着眼于生物材料的生物相容性及生物活性特质，合并应用生长因子以调控牙髓细胞的功能活性并促进牙本质再生，或合并应用抗炎症因子抑制牙髓组织的炎症反应并促进牙本质与牙髓组织的修复，已成为近年来活髓材料研发的重点。
笔者的研究团队利用溶胶?凝胶法研发出更均质且反应性更佳的钙硅介稳水泥材料（partial?stabilized cement, PSC），其主要成分为硅酸三钙及铝酸三钙。实验证明，加入锌（PSC?Zn）可提高PSC的抗菌特性，而PSC?Zn所需的硬化时间较MTA短，且其pH值变化及离子变化均较MTA少，有利于营造细胞生长所需的环境，PSC?Zn具有良好的生物相容性与诱导牙髓细胞矿化的能力[30?31]。另一个研究方向为发展可降解并能诱导牙髓再生的生物材料，如磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement）与硫酸钙骨水泥（calcium sulfate cement）双相复合材料，利用降解时间不同，在牙髓暴露区域形成具有孔洞的材料，有利于细胞的修复及再生[32?33]。
牙本质中存在多种生长因子，研究表明成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）和骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）均可诱导修复性牙本质生成。Sloan和Smith[34]认为牙髓组织受伤后，TGF?β1可促使位于成牙本质细胞下层的细胞分化为类成牙本质细胞，参与牙本质的修复过程。此外，TGF?β1还能刺激牙本质细胞与修复性牙本质的分泌[35]。笔者研究团队以聚麸胺酸（poly?γ?glumatic acid, γ?PGA）作为载体携带TGF?β1，研发具有生物活性的钙硅生物活性材料应用于直接盖髓，动物实验结果显示牙本质桥形成的速度显著快于其他材料组。因钙硅生物陶瓷具有生物活性、生物相容性及良好的密封性，TGF?β1具有促进修复性牙本质生成的能力，此材料有望成为可预测性更佳的盖髓材料。
近年来，对发生牙髓坏死并伴有根尖病灶的年轻恒牙进行活髓保存治疗诱导牙髓?牙本质再生已成为临床治疗与研究的一大课题。如何将感染的髓腔与根管系统清洁干净并保持根尖组织的活性，是诱导牙髓组织再生的关键。针对此类患牙，Wang等[36]提出血管再生术式（revasculization）以达到牙髓再生的目的。他们使用次氯酸钠进行根管冲洗消毒，并于根管内放置甲硝唑（metronidazole）、环丙沙星（ciprofloxacin）与二甲胺四环素（minocycline）抗生素混合剂进行完整的根管清洁，应用探针刺激根尖组织使根管内出血形成血块，再以MTA覆盖并进行冠部充填修复，结果显示经以上治疗后患牙的根管壁变厚、牙根长度增加、根尖孔关闭，同时根尖炎症也得到明显缓解。然而，后续的动物实验证实，应用此种术式诱导的牙根生长与根管壁增厚均为牙骨质（cementum）增生的结果，并非牙本质新生，推测可能与牙髓组织的丧失有关[37?38]。同时，根管内使用抗生素导致的牙齿变色以及抗药性问题值得关注，使用高浓度的抗生素还会对根尖牙乳头干细胞造成细胞毒性。由于根管内应用抗生素不利于牙髓再生，因此发生牙髓坏死的未成熟年轻恒牙应谨慎使用。研发各种抗炎因子如Resolvin E1等作为根管用药进行根管的清创与感染控制也是目前的研究热点[39]。
随着材料的进步和对牙髓与牙本质再生研究的发展，保留未成熟恒牙的健康牙髓将不再是难事。对牙髓坏死的年轻恒牙，治疗目标也不再是封闭根尖孔，而是达到血管再生与硬组织生成，保持牙根继续发育，恢复牙髓与牙齿的功能。精确的临床诊断配合适宜的生物活性材料与组织再生技术，可以使未来活髓治疗的应用范围更加广泛，实现保存牙齿的终极目标，造福更多患者。
【作者简介】 林俊彬 1994年获美国明尼苏达大学生物物理学硕士及口腔生物学博士学位，台湾大学牙医专业学院创院院长，曾任台湾大学牙医学系主任、临床牙医学研究所所长、台大医院牙科部主任及牙髓病学会理事长，现为台湾大学特聘教授、台湾口腔生技暨医材协会（TAPO）理事长、国际牙医研究学会东南亚分会 （IADRSEA） 理事、Journal of Dental Sciences的创刊者及总编，投身于教育、研究及临床工作逾三十年，在牙髓病学、牙体硬组织、生物矿化作用、口腔生物材料及纳米科技等方面有深入研究。近十年来发表近百篇SCI期刊论文，其中近四十篇发表于化学领域的ACS Nano、Chemistry of Materials及口腔医学领域的Dental Materials、Journal of Dental Research、Journal of Endodontics等。曾荣获国内外多项学术奖项，包括：台大医院杰出研究贡献奖（2008年）、台湾医学会演讲奖（2009年）、王民宁学术研究贡献奖（2009年）、国科会杰出研究奖（2009年）、有庠杰出教授奖（2010年）、特殊贡献金质奖 （2012年）、牙医学术期刊贡献奖（2012年）、美国明尼苏达大学杰出校友奖（2012年）及牙髓病学卓越贡献奖章（2013年）等。
来源：原创 林俊彬 中华口腔医学杂志
