生物活性玻璃仿生牙本质支架的构建及其诱导牙髓牙本质再生机制的研究

Pulp prevserve and regeneration is very important for tooth function. Our preview study have shown that micro/nano-size bioactive glasses(m/n-BG) can promote the proliferation and odontogenic differentiation of dental pulp cells and dentin formation,but its mechanism is not very clear. Besides, it was reported that the bioactive components and structure of nature dentin can induce pulp-dentin complex regeneration. Therefore, the aims of this project are to further study the mechanism of m/n-BG on dental pulp, based on which we use m/n-BG loaded with dentin non-collagenous proteins and prepare a biomimetic dentin scaffold which has similar structure and bioactive compositions to nature dentin. We hypothesize this biomimetic dentin-like scaffold will enhance the regeneration ability of pulp and to control the profile and function of new generated pulp and dentin. This work will offer a more active and potential candidate material for pulp repair and pulp generation.

保存活髓和牙髓牙本质再生对维持牙齿的功能有重要意义。我们在前期研究发现新型微纳米生物玻璃对牙髓细胞具有良好的生物相容性，可促进牙髓细胞的增殖，并能诱导牙髓细胞向成牙本质向分化，但其作用效果，方式和机制还不明确。此外，文献复习发现天然牙本质中的活性蛋白成分和物理结构参与诱导牙髓牙本质的再生。因此，本研究在继续探明生物玻璃对牙髓作用机制的基础上，拟利用微纳米生物玻璃装载牙本质非胶原蛋白，并与胶原等高分子材料复合（模拟牙本质的化学成分）制备成与天然牙本质物理结构相似的仿生牙本质支架，诱导并有效控制牙髓干细胞再生形成功能性牙髓牙本质复合体，为组织工程学牙髓牙本质再生提供更加适宜的支架。研究成果将有望直接用于牙髓损伤的修复和再生，并将对未来的全牙再生起到重要的推动作用。

牙体牙髓组织受损难以自体修复与再生。生物活性玻璃可与软、硬组织形成活性键合，对修复兼具软硬组织结构的牙体牙髓组织是理想的选择。本项目旨在研究生物活性玻璃（BG）对牙髓损伤的修复机制，在此基础上模拟天然牙本质，采用微纳米BG制备仿生牙本质支架，诱导形成功能性牙髓牙本质复合体。本项目在材料学方面制备了新型微纳米生物玻璃（MNBG），包括不同粒径、形貌和介孔结构；还利用植酸为前驱体合成制备了生物玻璃（PSC）；采用BSA作为蛋白模型，研究微纳米BG载体的蛋白装载与释放行为；制备了微纳米生物活性玻璃新型盖髓剂用于牙髓损伤修复；采用纤维沉积技术打印BG三维多孔支架、热压法制备BG/PCL支架、冷冻干燥法制备明胶-BG支架和壳聚糖CS／BG／RGDS复合支架以期用于牙髓再生的组织工程学。项目在生物学方面，建立了材料与牙髓细胞共培养的体外模型、材料与大鼠磨牙牙冠复合后移植于裸鼠皮下的动物实验模型，能够较快速验证新制备材料诱导牙髓牙本质复合体形成的效果；构建了大鼠牙髓损伤修复及比格犬牙髓再生的动物模型，体内观察了新制备的材料在牙髓损伤修复和失去牙髓后促进牙根形成的效果。研究结果表明：制备工艺的改进提高了微纳米BG及PSC的生物活性；微纳米BG具有良好的蛋白装载以及控释性能； BG/PCL和CS／BG／RGDS等仿生牙本质支架能够促进牙源性干细胞增殖、成牙向分化及矿化；新型微纳米BG盖髓剂用于大鼠磨牙直接盖髓形成具有牙本质小管结构的牙本质桥，取得了理想的治疗效果；PSC在比格犬年轻恒牙去除牙髓行再生治疗的模型中促进了牙根发育、根尖孔形成，诱导功能性牙髓牙本质复合体再生。本项目设计制备了具有更高生物活性的BG颗粒、BG盖髓剂及仿生牙本质支架；构建了细胞学、动物学模型并利用其对新材料对牙髓损伤修复和再生的作用和效果进行了研究，结果将为研发具有自主知识产权、可用于临床治疗的材料提供了依据。