杨懋彬1 曾倩2
1.美国天普大学口腔医学院牙体牙髓病学系•再生医学实验室费城 19140；
2.中山大学光华口腔医学院•附属口腔医院•口腔医学研究所广州 510055
[摘要] 再生牙髓病学主要采用引导组织再生原理，通过组织工程学技术促进根管内牙髓再生，是牙髓再生治疗的新方向和新选择。在再生牙髓病学中，牙源性干细胞、生物支架以及生长因子是3个关键因素，逐渐成为学者们研究的热点。
[关键词] 牙髓再生；组织工程学；牙髓干细胞；组织支架；生长因子
牙髓疾病是最常见的牙科疾病，最主要的治疗方法是根管治疗。据美国牙科协会报道，在美国，每年有接近2 200万个根管治疗病例，每年需花费200~340亿美元在根管治疗上。传统的根管治疗包括完全清除感染牙髓组织和使用根充材料充填根管。虽然目前研究报道的根管治疗成功率为78%~98%[1-2]，然而对于牙髓坏死的年轻恒牙，根管治疗术面临着极大的挑战。在这种类型的病例中，患牙根管壁薄，根尖孔敞开，因此不能有效地进行根管预备及根管充填。
另一方面，传统的根管治疗不能促使牙髓牙本质组织再生和年轻恒牙牙根再发育，且极容易导致牙折。
近年来，由于学者们对再生牙髓病学的认识不断深入，牙髓再生治疗成功的可能性逐渐增大。简单而言，再生牙髓病学旨在产生和形成新的组织去代替坏死牙髓[3]。对于年轻恒牙根尖周炎，牙髓再生治疗有不同层次的目标：1）根尖周炎的愈合；2）牙根的形成；3）恢复牙活力；4）牙髓组织的再生；5）恢复神经及免疫学功能。再生牙髓病学的终极目标是促进有功能的牙体牙髓复合体再生。目前在此领域，部分病例中根尖周炎的愈合和牙根的形成已可达到，而研究者们的下一阶段目标是提高治疗的成功率，以及恢复牙活力及免疫学功能。在当代再生牙髓病学中，“引导组织再生”和“组织工程学”是其主要的两个概念。
20世纪60年代，Ostby[4]提出了根管内引导组织再生的概念。在2001年，Iaway等[5]报道了1例年轻恒牙根尖周炎病例报告，认为在牙髓感染坏死的情况下，经过根管内彻底消毒和诱导血凝块形成，牙髓仍有恢复活力的可能。在2004年，Banchs和Trope[6]改进该临床治疗方案，引入了现被广泛应用于临床上的“牙髓血运重建术”，即在牙髓血运重建术第1次治疗中，主要采用连续根管冲洗及混合抗生素糊剂进行根管消毒，尽量不进行根管预备。第2次就诊时，应用根管锉刺激根尖出血至釉牙骨质界，并采用三氧化矿物聚合体、玻璃离子或复合树脂实行冠方封闭。在这个过程中，根尖乳头出血引导大量的干细胞进入根管系统[7-8]，同时血凝块充当生物支架促进干细胞的增殖和分化。随后陆续有病例报告显示采用牙髓血运重建术后，牙根继续发育，根尖封闭形成。在某些病例中，患牙甚至出现牙髓活力[9-12]。然而受实验的设计和样本量的限制，“牙髓血运重建术”与根尖诱导成形术的治疗成功率比较尚未有结论性的报道[13-17]。此外，组织学研究发现，根管内再生的组织并非真正的牙髓组织，而是骨组织和类牙骨质等牙周组织[18]。直至目前为止，临床上引导牙髓组织再生的结果仍然是不可预测的。如果牙髓血运重建术失败，需改用根尖诱导成形术形成根尖封闭，以利于常规的根管治疗操作。
再生牙髓病学中的另一重要概念是组织工程。组织工程的现代发展始于20世纪80年代末，主要引进了合成生物降解材料作为生物支架支持细胞生长。组织工程的三大要素分别是细胞、生物支架及生长因子。为此，牙髓再生的未来发展方向主要集中于以下3个基本组成部分：牙源性干细胞、生物支架和生长因子。
1 牙源性干细胞
在组织工程发展初期，由于技术上的限制，特定的牙源性干细胞难以被分离提取，故而阻碍了再生牙髓病学的进一步发展。2000年，研究者们成功地分离人类牙髓干细胞[19]，为牙髓再生治疗提供了细胞基础。迄今为止，至少5种不同类型的间充质干细胞已能从牙组织中分离，包括牙髓干细胞、乳牙干细胞、根尖乳头干细胞、牙囊干细胞和牙周膜干细胞[20]。其中，牙髓干细胞、乳牙干细胞及根尖乳头干细胞具有较强的牙髓再生潜力。这些干细胞分别来自不同的牙组织，包括牙髓、牙周膜、根尖乳头、牙胚、牙囊及感染根尖组织。最近有研究[7-8]显示牙髓再生治疗中诱导的根尖血液含有大量的干细胞，可为牙髓再生治疗提供充分的细胞来源。
2 生物支架
在牙髓再生治疗中，根尖血或外周血形成的血凝块、聚血小板血浆以及聚血小板纤维蛋白等可以作为生物支架支持牙源性干细胞的增殖和分化[21-24]。
过去10年里，学者们合成各种各样的生物材料作为生物支架以促进牙髓再生。这些材料主要包括天然聚合物、合成聚合物、水凝胶和生物陶瓷支架等。原则上，理想的生物支架需具备以下条件：良好的物理性状，能支持干细胞增殖和分化，可聚集并能控制生长因子的释放，可降解且降解时间与组织再生时间大致吻合。近年来，多种新型生物支架材料已经被尝试应用于牙髓再生治疗，例如亲水脂分子自组装肽纳米纤维，以及由聚二氧六环酮和埃洛石纳米管组成的电纺纳米复合支架[25-26]。各种动物模型和临床前期研究表明体内和体外的组织工程设计可以成功引导牙髓样组织的再生[27]。Huang等[28]发现通过移植牙髓干细胞至人为扩大根尖孔的根管内，能促进牙髓牙本质复合体的形成。Nakashima等[29]从牙髓中提取CD31(-)/CD146(-)侧群细胞，并移植至含损伤牙髓的动物牙模型中，发现促血管生成因子的表达增强，提示牙髓再生治疗中血管再生的潜在可能。
3 生长因子及其控制
生长因子的应用是牙髓再生治疗成功的重要因素之一。在牙齿发育过程中大量的生长因子被释放并包埋于牙本质中，如转移性生长因子超级家族、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子及血管上皮生长因子等[30-31]。这些生长因子可以通过根管预备及冲洗释放至根管内，从而对牙源性干细胞的聚集、迁移、增殖和分化等起到重要的作用，促进牙髓再生[32]；然而，如何在时间和空间上及剂量上控制这些生长因子的释放，从而提高牙髓再生成功率目前尚未有定论。纳米材料、双层甚至多层生物合成支架是实现时间和空间上精确控制生长因子释放的方向。
近年来3D打印技术逐渐广泛应用于组织再生领域。至目前为止，3D打印技术已可以应用于打印生物支架、细胞、细胞生物支架混合物和生长因子等[33-35]。然而在口腔医学领域，直接采用3D打印技术打印细胞或生长因子的报道甚少。有学者应用3D打印技术打印牙髓细胞及海藻酸-明胶水溶胶混合物，自定义重建三维结构，其中细胞存活率达87%。笔者实验室运用3D打印技术成功完成了生长因子在生物材料中分布的精确控制。另外，3D定制打印技术也可适用于个体化治疗，可促进再生牙髓病学的发展；然而，该技术在临床上的应用尚需进一步的研究支持。
在动物实验及临床预实验的研究成果应用于临床实践前，牙髓再生治疗主要面临以下挑战。1）干细胞的来源：潜在的宿主免疫抑制效应在一定程度上限制了同种异体干细胞的临床应用。理想的干细胞应为同一病人的自体干细胞，以避免免疫排斥反应。近年来“牙源性干细胞库”的概念已被提出。美国已出现几家公司开展牙源性干细胞的冻存业务，为基于细胞的组织再生提供必要的设施[36]。然而，牙源性干细胞的有效适用性和经济成本方面尚需进一步评估。2）微生物控制：微生物和生物膜是牙髓疾病的根本病因。与传统的根管治疗类似，微生物的良好控制是牙髓再生成功的一个关键步骤。目前各种应用于临床的抗菌冲洗剂主要包括次氯酸钠、氯己定等。此外，联合抗菌剂也被引入到牙髓再生治疗中，成为抗菌的重要手段[5]。需要注意的是，牙髓再生成功的前提是干细胞可以增殖分化，故微生物控制的目标应是最大化抗菌效果，同时最小化干细胞的损伤[37]。3）生物材料支架：在组织工程中，生物支架起到至关重要的作用。生物支架可用作干细胞的生长载体，并能充当细胞外基质。干细胞的最终命运是由生物支架的性质所决定的。最近，干细胞和生物支架之间的“动态互换”越来越受关注。这种互换不仅指两者之间的化学或生物特性，也与其力学特性相关[38-41]。生物支架可用于集成和释放生长因子以引导干细胞的分化。在干细胞分化过程中，特定的时间和空间上可能需要特定的生长因子。为此，在设计一个新的组织工程支架时，从空间和时间上控制生物支架释放生长因子是一个需攻克的难点。4）干细胞的分化调控：目前牙源性干细胞分化的详细分子信号机制仍未完全清楚。在干细胞向特定的细胞谱系分化中，为了促进组织再生，理解信号级联的序列激活或失活十分重要[42]。5）功能性牙髓牙本质复合体的形成：理想的功能性牙髓牙本质复合体应具备内层血管和神经，外层成牙本质细胞沿根管壁排列，分泌基质形成新的牙本质，从而恢复牙活力。然而受技术和材料上的限制，形成真正的功能性牙髓牙本质复合体仍然是牙髓再生学的一个重大挑战。
4 参考文献（略）
本文发表于《国际口腔医学杂志》2016年43卷第5期：495-499.
·专家简介·
杨懋彬，美国天普大学牙学院牙体牙髓科助理教授（终身制）、博士生导师、再生医学实验室主任；天普大学工程学院生物工程系助理教授，博士生导师；天普大学再生医学及工程学学会导师成员。美国牙体牙髓学专业委员会认证专科医生，美国牙体牙髓专科认证医生培训导师，拥有美国得克萨斯州、弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州口腔执业医师执照。担任美国牙体牙髓学会专家会员、科研委员会委员和科研基金评审委员。2010年获美国牙体牙髓学会Endodontic Educator Fellowship Award，为当年度北美地区唯一获奖人；2010年获美国牙体牙髓学会 John and Joyce Ingle Fellow，是2008年至今的唯一获奖人。
