基于构建功能化牙周膜的聚醚醚酮多孔-密实双层复合结构支架研究

Preparing the bionic dental implants with reconstructing periodontal ligament is the hot research topic in oral medicine field because of buffering the masticatoryforce and increasing the success of implant dentures. This project focuses on the fabrication of porous-solid dual-structured polyetheretherketone (PEEK) scaffolds and dental implants using the PEEK material with excellent biocompatibility and similar elastic modulus to that of bones by phase separation and solution casting/particulate leaching techniques. And optimum preparation procedure and morphology of the scaffolds and dental implants are researched. Surface modification of the scaffold and implant is also studied by incorporating growth factors and hydroxyapatite to improve the cell affinity of them. The differentiation of the periodontal ligament stem cells to toward osteoblast or fibroblast is controlled by adjusting the sorts, contents, loaded and released time of growth factors from the scaffold and pH responsive nanocarriers, and finally the periodontal tissue is regenerated successfully. The possibility of reconstructed functional periodontal ligament will be assessed by cell cultures in vitro and implantation in vivo. The research result of the project will provide scientific method and accumulate data for designing and developing bionic dental implants with functional periodontal ligament.

具有构建牙周膜功能的新型仿生牙种植体可以减缓咀嚼的冲力，提高义齿种植成功率，是目前口腔医学领域的研究热点。本项目提出以具有良好生物相容性、弹性模量与骨接近和高度抗疲劳性的聚醚醚酮为材料，利用相分离和溶液浇铸-致孔剂溶出等方法制备具有多孔-密实双重结构的支架和牙种植体，并探索支架和种植体的最佳制备工艺和支架形貌。同时对支架表面进行改性，负载生长因子、羟基磷灰石等生物活性物质，提高支架的细胞亲和性。同时以负载生长因子的pH敏感纳米材料为辅料，利用骨组织修复过程中微环境的变化、支架和纳米材料中负载的活性物质的种类、剂量、加载和释放时间调节和控制牙周韧带干细胞向成骨和成纤维细胞方向的转化，最终形成与骨组织和种植体界面牢固结合的纤维状牙周膜组织结构。通过体外细胞培养和动物体内种植评价该支架构建具有结合力强的牙周膜组织的可能性，为设计和开发具有牙周组织支持的新型仿生牙种植体提供科学方法和实验数据积累。

牙周病引起的牙周组织缺损,是造成人类失牙的主要原因。严重影响了人类的生存健康。目前所进行的各种治疗方法均存在着不同缺陷，治疗效果很不稳定，与人类预期的目标相去甚远。义齿的种植在临床上较为普遍。但是义齿种植中，牙种植体周界面为骨性结合界面，这种界面近似刚性结合、缺少牙周膜结缔组织附着，界面的自我更新能力差。.为了在种植体与牙槽骨组织之间形成附着力强的牙周膜，克服现有种植体因缺乏天然牙的牙周韧带结构而导致的缺点，我们使用弹性模量与骨接近的PEEK材料，制备有利于细胞形成纤维结缔组织的多孔-密实双层结构的支架，通过生物活性生长因子控制牙周韧带干细胞向成骨细胞和成纤维细胞分化，最终获得具有牙周韧带支持的种植体义齿。.在本研究中，我们已成功制备了表面具有多级微孔（常规/取向）的多孔-密实双重结构聚醚醚酮支架和具有温度/pH响应性纳米粒子，并研究其负载药物/生物活性生长因子及其控释的性能，确定了有效的生物活性物质固定及其释放方法；并探索了活性物质对牙周韧带干细胞分化的影响；最后进行体外实验，证实了生物活性生长因子对牙周膜干细胞分化的影响。动物实验正在进一步执行中。.研究结果如下：1、在20 W的条件下分别对PEEK支架进行氨等离子体处理，然后在200 ml的BMP-2溶液（浓度为500 ng/ml）中浸泡1小时；结果显示随着氨等离子体处理时间的延长，生长因子的锚定效率越高。大概在300秒时达到了最大值，约65%。2、在表面具有多级微孔（常规/取向）的多孔-密实双重结构聚醚醚酮支架上锚定了生物活性生长因子/羟基磷灰石后，大大促进了成骨细胞的增殖和分化；3、制备具有温度/pH响应性纳米粒子，该类纳米粒子可以在温度降低时增加负载药物的速度和数量，在pH环境降低时促进药物的释放。该类粒子的最大载药率可达33%，在pH=5.0的酸性环境中，24小时内可释放50%以上的药物。4、PEEK支架在固定BMP-2后，提高了牙周韧带干细胞的ALP活性表达，矿化过程增强，促进了成骨分化。.本研究的结果为设计和开发具有可再生牙周组织的新型仿生种植体提供了原始数据的积累和实验的依据。设计的双层结构的生物组织工程种植体支架、生物活性生长因子的锚定方法以及生长因子对牙周韧带干细胞分化的影响等结果为开发新型仿生牙种植体提供了新的思路和方向。