3D生物活性玻璃多功能复合支架在炎症微环境中诱导牙髓再生的研究

At present, unvitalized immature tooth continues to develop and even revitalized of the pulp after pulp revascularization, however，histological study shows that most of the regenerated tissue is cementum or osteoid rather than dentin , let alone pulp-dentin complex-like structure. The previous work has confirmed that bioactive glass can promote the migration, proliferation and odontogenic differentiation of human dental pulp cells and induce the formation of pulp- dentin complex. On this basis, the purpose of this study is to construct 3D multifunctional bioactive glass scaffold with two-layer structure for pulp revascularization. The outer layer is bioactive bioglass with the surface modified and branched polypeptide and/or the gene plasmid, of which the polypeptide targeted induces the migration of apical stem cells along the root canal wall, the gene plasmid governs the odontogenic differentiation. The inner layer is a gelatin scaffold containing antibiotics and/or anti-inflammatory drugs, which can not only fix the blood introduced into the root canal and the hominged stem cells, but also releases the drugs to regulate the intracanal microenvironment for stem cells regeneration of. This scaffold aims to induce directional homing and odontogenic differentiation of apical stem cells in the periapical inflammatory microenvironment and form a pulp-dentin complex. This study aimed at clinical transformation, which has great scientific significance.

尽管目前牙髓血运重建术可使牙髓坏死的年轻恒牙牙根继续发育，甚至牙髓活力恢复，但组织学研究发现再生的组织多为牙骨质样或骨样，而非牙本质，更未见牙髓牙本质复合体样结构。本课题组前期工作证实生物活性玻璃可促进人牙髓细胞迁移、增殖和成牙向分化并诱导形成牙髓牙本质复合体，在此基础上，本研究目的是制备用于牙髓血运重建术的3D生物活性玻璃多功能复合支架，外层为表面修饰后枝接多肽和（或）基因质粒的生物活性玻璃，其中多肽具有定向诱导根尖干细胞沿根管壁迁移，基因具有调控间充质干细胞成牙本质向分化的作用；内层为含有抗生素和（或）抗炎药物的明胶支架，其不仅可固定引入根管的血液及归巢的干细胞，同时缓释药物调控根管内干细胞再生的微环境。该支架旨在根尖周炎症微环境下定向诱导根尖干细胞归巢及成牙本质向分化，形成牙髓牙本质复合体，实现牙髓功能和组织结构的再生。本研究瞄准临床转化，具有重大科学意义。

牙髓血运重建术仍存在问题，一是牙髓病/根尖周病情况下，牙髓及根尖周往往遭炎症浸润损害；二是血运重建术后新生组织多为散在分布于根管内的牙骨质样或骨样组织且与固有牙本质不连续。本项目旨在制备用于牙髓再生的生物活性玻璃（BG）复合支架，诱导根尖周的干细胞定向迁移同时促进牙髓再生，营造利于炎症微环境下的牙髓再生。项目负责人前期研究发现生物活性玻璃PSC具有良好的成牙诱导作用，本项目进一步探究了PSC及其联合非甾体类抗炎药美洛昔康对炎症状态人牙髓细胞（hDPCs）和牙髓组织抗炎、修复的作用；在PSC表面枝接RGDS多肽制备新型BG，即PSC-RGDS，并研究该材料在体内外对人牙乳头干细胞（SCAP）的生物学作用及牙髓再生的作用；制备、表征了明胶/PSC颗粒共混复合支架（G/PSC），并探究其在体外对人骨髓间充质干细胞（hBMMSC）成牙本质向分化的作用；为优化支架使其更适用于牙髓再生，研制了新型低温热处理生物活性玻璃cBG，并制备了明胶/cBG涂层浸涂复合支架（G/cBG），进一步探究其在体内外对hBMMSC成牙本质向分化及牙髓再生的作用。研究结果表明：PSC可促进炎症hDPCs和牙髓组织的抗炎修复，与美洛昔康联合应用后其促进作用增强，有望改善炎症微环境；PSC-RGDS在体内外可诱导SCAP成牙本质向分化、异位再生牙髓牙本质复合体样结构，还可诱导比格犬年轻恒牙原位牙髓再生，观察到牙根延长、根管壁增厚、根尖孔闭合，尤其改善了弥漫性钙化问题，此外，还检测到牙髓活力部分恢复，动物实验治疗效果理想；G/PSC、G/cBG支架在体外均可诱导hBMMSC成牙本质向分化，且优化后的G/cBG支架诱导作用更强；G/cBG支架在体内可诱导hBMMSC异位形成牙本质样矿化组织，还可诱导年轻恒牙牙髓再生，影像学观察到牙根延长、根管壁增厚、根尖孔闭合，组织学观察到牙髓牙本质复合体样结构再生，且新生牙本质样矿化组织与固有牙本质连续沉积。本项目研制的新型BG及BG复合支架有望在炎症微环境下定向诱导根尖周的干细胞归巢及成牙本质向分化，实现牙髓功能和组织结构的再生，有望临床转化。