生物活性复合微球支架材料用于人牙本质再生的探索研究

Dental pulp-dentin complex regeneration is the challenge of modern dentistry, and dental tissue regeneration materials research is a frontier field of biomaterials. It is a revolutionary to prolong the life of teeth. Although some materials used can stimulate hard tissue formation, the regenerated hard tissue is very different from the primary dentin. The vital tissue in root canals, existing newly formed vascularity and re-innervations, is not true regeneration but a kind of repair response. Our study is the first to explore the possibility of material applied in dentin regeneration. The objects are to explore mechanisms of CaSiO3/TCP/HA/PLGA composite scaffolds providing micro-environment for growth factors aggregation, promoting dental pulp stem cell growth and differentiation, and thereby inducing dentin regeneration using biomaterials and tissue engineering methods from the interdisciplinary research perspective. We also hope to provide theoretical basis for the development and application of the composite scaffold as a dentin regeneration material, by analyzing individual requirements of its composition, structure, physical and chemical properties for tooth tissue regeneration.

牙髓-牙本质复合体再生是现代牙医学的挑战，同时牙齿再生材料研究是生物材料研究的前沿，对牙齿寿命的延长具有革命意义。目前使用的材料虽然可以刺激硬组织的形成，但结构与原始牙本质差别很大，虽然存在新生的血管和神经，但形成的活性组织并不是牙髓组织，只是一种组织修复反应，不能称为真正意义的牙髓牙本质再生。本项目首次探索性研究以硅钙磷为活性成分以 PLGA为载体的复合微球支架材料在牙本质再生领域应用的可能性。从交叉学科研究的角度，以生物材料和组织工程相结合的研究手段，以诱导牙本质再生为目的合成制备CaSiO3/TCP/HA/PLGA复合微球支架材料，同时满足生物活性和力学性能要求。明确复合微球支架材料诱导牙髓干细胞分化，诱导牙本质再生的生物活性；以及体内牙本质再生的过程，为其在牙髓牙本质再生领域的应用提供可行性依据。

牙髓-牙本质再生是现代牙医学的挑战，牙齿再生材料研究是生物材料研究的前沿，对牙齿寿命的延长具有革命意义。目前使用的材料虽然可以刺激硬组织的形成，但结构与原始牙本质差别很大，只是一种组织修复反应，不能称为真正意义的牙本质再生。本项目首次探索性研究以硅钙磷为活性成分以 PLGA为载体的复合微球支架材料在牙本质再生领域，通过交叉学科研究，以生物材料和组织工程相结合的研究手段，以诱导牙本质再生为目的，自主知识产权合成制备Nano-Si/βTCP/PLGA复合微球支架材料，采用双乳法和冷冻干燥技术，筛选PLGA与无机材料的重量比为85/15，其中10%βTCP，5%Nano-Si，以达到良好的加工性能和恰当的机械性能。优化微球直径为500-800微米，化学造孔技术制备微孔，6-7微米的微孔和Nano-Si颗粒均匀分布于微球表面和内部。交联微球后形成多级孔支架结构，大孔孔径为300-500微米，孔隙率达到95%。. 体外细胞实验和体内植入研究，结果显示：微球支架材料生物相容性良好，支架的多级孔结构以及硅离子的释放有利于hDPCs的黏附和增殖；在成骨培养条件下人hDPCs与微球支架共培养，hDPC检测到COL-1、OCN和DSPP表达，其中DSPP（牙本质基质蛋白）是牙本质细胞分化的标志；茜素红染色检测钙化结节的出现，证实Nano-Si/βTCP/PLGA微球支架材料诱导hDPCs成牙本质分化，形成硬组织。微球支架材料与hDPCs培养后裸鼠皮下埋入，观测到胶原纤维和血管结构的出现，预示硬组织的形成基础。比格犬牙髓-牙本质复合体再生动物模型的建立，显示Nano-Si/βTCP/PLGA微球支架材料可以有效控制组织的炎症反应，表现出促进牙本质再生的生物活性，有牙本质再生材料临床应用潜力。