基于细胞三维共培养技术的人工重组微环境在牙周组织再生中的应用研究

牙周组织缺损的理想愈合方式是达到牙槽骨、牙骨质和牙周膜的完全功能性再生。然而，由于对牙周组织再生的细胞来源以及牙周前体/干细胞的增殖、分化微环境认识不足，目前国内外对应用组织工程方法促进牙周组织功能性再生的研究尚未获得突破性进展。本研究将首次提出一种三维复合牙周结构的构建策略：该策略以三维细胞培养技术为平台，拟利用上皮-间充质相互作用机制，通过建立牙周膜干细胞/骨髓基质干细胞与上皮剩余的三维共培养体系，模拟牙周再生相关间充质干细胞的体内生长环境，以人工重组微环境的方式来调控牙周间充质干细胞的分化；同时构建基于自组装多肽纳米纤维和牙周膜干细胞/骨髓基质干细胞的仿生细胞外基质内支撑体, 并将牙周膜干细胞/骨髓基质干细胞聚合体与该内支撑体相结合，进一步在体内重建具有完整复合结构的牙周组织。本课题将为牙周病的再生治疗探寻一条新的研究途径，并为今后基于成体干细胞的牙周组织工程的临床应用奠定实验基础。

牙周组织缺损的理想愈合方式是达到牙槽骨、牙骨质和牙周膜的完全功能性再生。然而，由于对牙周组织再生的细胞来源以及牙周前体/干细胞的增殖、分化微环境认识不足，目前国内外对应用组织工程方法促进牙周组织功能性再生的研究尚未获得突破性进展。本研究首先对不同发育时期大鼠磨牙根端组织的组织学及细胞学特性进行研究：发现发育期根端组织（DAC）不仅包含牙根及牙周组织形成所需要的所有的前体细胞，也包含正确的牙根／牙周组织形态发生所必需的成牙的微环境；DAC 具有“胚胎性”组织的特征，作为牙根-牙周组织共同发育的生长调控中心持续存在于整个牙根发育的全程，而DAC 中的上皮根鞘（HERS）可能是牙根-牙周组织再生的关键。之后对不同部位、发育时期和组织来源的牙周再生相关间充质干细胞进行优选，结果显示：所有细胞均显示出不同程度的成牙、成骨能力，并有望成为未来牙齿细胞库（Tooth Cell Bank）的备选细胞。在此基础上，本研究首次提出一种全新的生物活性牙根构建策略：即以三维细胞培养技术为平台，利用细胞其自身分泌的生物活性因子和细胞外基质模拟牙胚发育、牙周组织形成的微环境，进而调控牙周相关间充质干细胞的分化；同时将不同来源的牙周间充质干细胞膜片进行叠加，而后将其与处理后的牙根（TDR）复合，进一步在体内重建具有生物活性的牙根组织。我们体外成功构建出了牙周膜干细胞/骨髓基质干细胞（PDLSCs/BMSCs）复合细胞膜片，裸鼠皮下异位移植实验显示：PDLSCs/BMSCs复合膜片可形成典型的牙周膜-牙骨质复合体样结构。将PDLSCs/BMSCs细胞膜片与处理过的牙根（TDR）复合，牙槽窝原位移植结果显示：单纯PDLSCs膜片与TDR复合，可有典型的牙周膜-牙骨质复合体样结构生成；而PDLSCs/BMSCs膜片与TDR复合，可致牙周组织过度矿化，牙根-牙槽骨表现为骨性结合。本课题将为牙周病的再生治疗探寻一条新的研究途径，并有望为今后实现真正意义的牙根-牙周组织再生与重建奠定实验基础。