基于粒子介导的中性ACP成晶系统对龋损牙本质的仿生再矿化作用研究

The remineralization of demineralized dentin is an important means of minimally invasive treatment of dental caries. Previously, remineralization can only be initiated on residual apatite seed crystallites, which compromises significantly its remineralization effect on the crystallites-deficient, caries-affected dentin surface layer. Natural biological process of dentin mineralization is a particle-mediated, non-classical crystallization pathway via amorphous precursors, which is independent of seed crystallites. Our previous study used sodium tripolyphosphate and polyacrylic acid as non-collagen analogues, and induced the formation of apatite crystallites deposition similar to that of mineralized dentin. However, our previous biomimetic remineralization system cannot release stable amorphous calcium phosphate nanoparticles. And sustained release of hydroxyl ion would be detrimental to the integrity of underlying dentin collagen molecules. Therefore, this study intends to build a stable, neutral mineralization-inducing crystallization system, optimize the property of amorphous calcium phosphate particles, and provide mineralizing group for in situ remineralization of demineralized dentin effectively. Transmission electron microscopy and micro-computed tomography analysis will be used to evaluate the changes in the ultrastructure and degree of mineralization. Nano-dynamic mechanical analysis will be used to quantitatively probe the mechanical behavior and hardness of remineralized dentin surface. Hydroxyproline assay will be used to determine the protective effect of apatite crystallites to collagen fibrils. This success of the proposed remineralization protocol may benefit clinicians by providing a novel biomimetic scheme for the minimal invasive treatment of caries-affected demineralized dentin.

对脱矿牙本质进行矿化诱导是龋病微创治疗的重要方法。既往再矿化措施依赖于磷灰石籽晶颗粒作为矿化起始位点，严重制约了不含籽晶的牙本质龋损表层的再矿化。研究显示，牙本质的天然生物矿化过程是粒子介导的、经由无定形前驱体的非经典成晶途径，不依赖磷灰石籽晶的存在。本课题组前期研究基于非经典成晶途径，采用三聚磷酸钠和聚丙烯酸作为非胶原蛋白仿生类似物，成功诱导出与天然牙本质结构类似的磷灰石微晶沉积。然而该矿化体系形成无定形磷酸钙纳米颗粒的效率不稳定，而且持续释放氢氧根离子所致强碱性环境易破坏牙本质胶原分子的完整性。因此，本研究拟构建一种稳定的中性成晶系统，优化无定形磷酸钙颗粒性能，为牙本质原位再矿化持续有效地提供矿化基团。应用透射电镜和显微计算机断层扫描揭示超微结构和矿化程度变化，纳米动态力学分析定量评价再矿化表层硬度，并通过羟脯氨酸测定实验探讨磷灰石微晶对胶原的保护作用，为脱矿牙本质仿生矿化提供新策略。

树脂粘接充填修复是口内牙体修复的主要方式，由于牙本质粘接界面结构缺陷、树脂吸水析出和胶原降解等因素易导致耐久性降低进而充填体脱落，因此如何恢复粘接界面结构和功能并提高耐久性是目前亟待解决的问题。本课题组前期研究基于非经典成晶途径，采用三聚磷酸钠和聚丙烯酸作为非胶原蛋白仿生类似物，成功诱导出与天然牙本质结构类似的磷灰石微晶沉积。然而该矿化体系形成无定形磷酸钙纳米颗粒的效率不稳定，而且持续释放氢氧根离子所致强碱性环境易破坏牙本质胶原分子的完整性。本研究构建出一种稳定的中性成晶系统，通过优化仿生矿化液中聚丙烯酸PAA的分子量和浓度，对无定形磷酸钙颗粒性能进行精细调节，得到了不同生长速率的无定形磷酸钙（PAA-ACP）。不同组合得到的PAA-ACP表面电荷均约-25mV，但颗粒大小和生长速率有明显差异。采用胶原蛋白膜作为体外模板，筛选出PAA的最优组合，实验结果显示采用高分子量（50 kDa 或 450 kDa）高浓度（50 mg/L）PAA能够在24小时内实现胶原纤维膜的有效矿化，提示这一组合可以为脱矿牙本质原位再矿化持续有效地提供矿化基团。观察显示这一条件下实现了胶原内矿化，羟基磷灰石纳米晶体沿胶原纤维长轴平行排列，与天然牙本质中的超微结构和矿化程度相当（65%）。证实了对胶原模型的矿化作用后，实验进一步把此矿化策略应用到涂布粘接剂的牙本质表面，检测了Single Bond Universal通用粘接剂牙本质粘接界面的仿生矿化诱导效果。结果显示实验组在仿生矿化液中浸泡1-2周后，CLSM可见整个混合层Rhodamine B渗透，深度约5-10μm；浸泡第3周时，显示Rhodamine B浸润的混合层厚约5μm，在混合层底部开始出现宽度不一的荧光暗带，荧光强度减弱，牙本质小管内荧光强度也发生减弱，提示这些区域开始发生矿物的再沉积；6周后，几乎整个混合层均发生了矿化，表现为混合层的荧光强度明显变弱。