基于改性生物活性玻璃富集内源性生长因子靶向诱导牙本质再生的研究

Precisely guiding stem cells to function in desired locations and manners are essential for pulp and dentin tissue engineering and regeneration. In this project, we will focus on how to avoid the random and disordered mineralization of dentin in root canal. On the basis of our previous results, nanoparticle-based bioactive glass (BG) can tightly attach to the dentin surface, induce the migration of stem cells and promote the odontogenic differentiation. We wish to further the use of odontogenesis-related growth factor-binding peptides to modify the surface of BG. After modification, the BG attached on dentin is expected to specifically enrich endogenous growth factors onto the root canal wall, and facilitate stem cell migration and differentiation at the same time, effectively accelerating the deposition of new dentin onto primary dentin. Beyond that, the random calcification is expected to be avoided, due to the decreased level of growth factors in the central region of root canal. The purpose of this project is to explore the possibility of spatially-controlled dentin regeneration by the application of biomaterials to regulate the endogenous growth factor distribution and stem cell activity in the root canal. The achievements of this study will facilitate the functional regeneration of pulp and dentin tissue.

牙髓牙本质再生领域，一个亟需解决的问题是如何精确调控干细胞行为实现牙本质靶向位置再生。本项目将以“诱导性”“靶向性”“结合性”为核心思想，指导生物活性材料的改性及应用，拟解决目前再生治疗中根管内不规则钙化、新生牙本质位置不可预知等不足。申请者所在的课题组在前期工作中发现生物活性玻璃可以在牙本质表面紧密附着，并具有诱导干细胞迁移和促进成牙向分化的作用。现欲进一步利用生长因子结合多肽对生物活性玻璃表面改性，使附着在根管内壁上的改性生物活性玻璃能特异性富集内源性生长因子，诱导干细胞趋化／分化，增强干细胞贴壁和成牙本质的能力，促进新生牙本质在固有牙本质表面靶向有序沉积并结合。同时，根管中央生长因子浓度的降低将避免骨岛样不规则矿化的形成。本课题旨在探索如何利用生物材料调控内源性生长因子及干细胞在根管内的空间分布和活性，从而实现牙本质靶向再生。研究结果对牙髓牙本质的仿生功能性再生具有重要意义。

牙齿常常受到龋坏、外伤等侵袭造成牙髓和牙本质缺损，恢复牙齿的天然结构和生理功能是修复缺损的理想方法。精确控制牙髓牙本质的再生位置和组织类型，避免根管内牙本质随机无序矿化是牙再生修复领域需要解决的关键问题。再生治疗中，干细胞和生物活性因子随机无规则的弥散在根管内，无法指引牙本质在特定部位的生成，本项目利用多肽改性生物活性玻璃在牙本质表面富集内源性生长因子，进而调控干细胞的生物学行为，实现牙本质的靶向位置再生。研究发现生物活性玻璃处理牙本质后，能够在牙本质表面紧密附着，诱导干细胞向牙本质表面迁移、粘附和分化；使用RGDS多肽预处理牙本质，能够进一步增强生物活性玻璃在牙本质上的附着能力，促进牙本质上矿物质的生成和再矿化；在生物活性玻璃表面接枝转化生长因子结合多肽或肝素结合多肽，能特异性捕获牙本质释放的内源性生长因子，使得游离的生长因子在材料表面富集，有效增强了干细胞向材料迁移和粘附，成牙本质向分化能力增强。本项目利用生物活性材料调控内源性生长因子及干细胞的空间分布和活性，为靶向调节牙本质再生提供新的解决思路，对推动牙髓牙本质的仿生功能性再生具有重要意义。