基于非经典矿化结晶理论的牙本质仿生再矿化机制及仿生分子的研究进展

牙本质再矿化对于预防和治疗牙本质龋、牙本质过敏症都具有重要的临床意义,因此利用生物材料实现牙本质再矿化并形成有序的自然矿化结构一直都是口腔医学界的研究热点。随着对自然矿化机制研究的不断深入,以主张胶原纤维内部矿化作为主要矿化方式的非经典矿化理论逐步取代了经典矿化结晶学说,并已成为当代仿生再矿化新的理论指导。本文就再矿化理念的发展、矿化机制和仿生分子的研究进展作一综述。

仿生矿化胶原颅骨修补术:儿童颅骨修补的新方法

目的探寻颅骨缺损患儿行颅骨修补的新材料和新方法。方法与结果纳入2020年1月至2022年4月在清华大学玉泉医院行颅骨修补术的40例颅骨缺损患儿,根据颅骨缺损原因、部位和面积,采用清华大学自行研发的3种同源异构的仿生矿化胶原骨材料,即多孔材料(pMC)、致密材料(cMC)和双相复合材料(bMC)修补颅骨,均手术顺利,术后未发生出血、感染等严重并发症。术后随访3个月至1年,患儿头部外形正常,切口愈合良好,复查CT显示仿生矿化胶原骨材料植入体均无移位,部分实现影像学融合,pMC CT值为300~400 HU,cMC CT值为700~900 HU,且随时间推移CT值接近正常骨组织。结论通过不同类型仿生矿化胶原骨材料进行个体化颅骨修补术,验证这种材料可模仿天然骨成分及仿生结构,具有良好的生物相容性和成骨诱导能力,临床应用前景广阔。

牙本质的仿生再矿化

近年来,在修复由龋病等原因引起的牙本质脱矿的研究中,牙本质仿生再矿化技术以其精确控制无定形矿物质前体在脱矿牙本质胶原纤维内有序沉积、形成的磷灰石晶体与天然矿化牙本质相似、自下而上的再矿化方式不依赖于籽晶存在等优点,逐渐成为这一领域的研究热点。本文回顾了脱矿牙本质再矿化的理念和实践的进展,并着重对牙本质仿生再矿化策略的相关研究进行综述,文献复习结果表明,传统的牙本质再矿化方法通常是脱矿牙本质与矿物质晶体的无序混合,这样矿化后的牙本质在形态特征和机械性能上均无法与天然矿化牙本质相媲美;而近年逐渐兴起的牙本质仿生再矿化技术则复现了天然矿化牙本质中矿物质在牙本质胶原纤维内迭序排列的结构特点,其微观结构、理化性能均得到极大提高,有望在树脂⁃牙本质粘结混合层和龋坏牙本质脱矿层的再矿化研究领域实现新的突破。目前牙本质仿生再矿化在临床应用上需要克服的技术障碍在于如何在再矿化过程中持续补充矿化所需的各种有效成份,并在缓慢释放各成份的同时保持母体材料的机械性能不变,研究者们已相继提出了三步法输送仿生再矿化原材料,以及预先制备聚合物稳定的矿化前体、再使用介孔硅纳米材料作为输送矿化成份的系统的构想,为牙本质仿生再矿化策略向临床应用的转化提供了初步体外实验基础。

纤维内仿生矿化机制研究进展

天然骨组织是人体高度矿化的硬组织,主要由有机质(Ⅰ型胶原及非胶原蛋白)和纳米羟基磷灰石无机矿物以7级分级有序排列的方式相互作用而形成。纤维内矿化胶原是骨组织的基本结构单元,并成为其优异的机械学性能和生物学性能的纳米结构基础。因此,如何模拟骨组织的纤维内矿化模式并探明其形成机理是仿生矿化领域研究的热点问题。本文阐述近年来纤维内仿生矿化研究方面的进展,并就目前主流的纤维内仿生矿化机制进行分析,以期为高活性的人工骨再生修复材料的构建提供理论依据,为对生物矿化本质的揭示提供线索。