种植体表面修饰影响骨结合机制研究进展

［关键词］ 种植体； 整合素； 骨结合； 表面修饰
［中图分类号］ Ｒ７８２．１３ ３１８．０８
［文献标识码］ Ａ
［文章编号］ １００５－４９７９（ ２００７） ０２－０１８１－０３
Ｒｅｃｅｎｔ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｉｍｐｌａｎｔ Ｓｕｒ ｆａｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒ ａｔｉｏｎ ＷＡＮ Ｐｅｎｇ－ｂｏ，ＣＨＥＮ Ｗａｎ－ｔａｏ
万澎波， 等． 种植体表面修饰影响骨结合机制研究进展 ＷＡＮ Ｐｅｎｇ－ｂｏ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｃｅｎｔ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｉｍｐｌａｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
பைடு நூலகம்·１８３·
于未分化细胞表面受体， 使其分化为成骨细胞。 Ｃｏｏｐｅｒ 等［２２］用氟化物处理钛表面 ＴｉＯ２ 涂层发现， 经 过处理过的钛表面增强了未分化细胞向成骨细胞分 化的能力， 在骨形成初期及 ２１ ｄ 的时候， 经过处理 过的钛表面骨形成量明显多于对照组。在成骨细胞 向骨细胞转化过程中， Ⅰ型胶原和碱性磷酸酶早期 表达，随着细胞向成骨细胞的分化， 细胞分泌特异的 蛋白质， 如骨桥蛋白、骨涎蛋白、蛋白多糖、硫酸软骨 素、α２ 巯基糖 蛋 白 （ α２ＨＳ－ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ） 。 李 德 华 等［２４］ 用喷砂联合草酸酸蚀处理钛种植体， 所形成的粗糙 表面特征有无数微小的二级窝洞，直径约 ２μｍ，用人 胚成骨细胞培养，４ ｄ 时处理的种植体表面细胞层碱 性磷酸酶活性、蛋白质含量以及培养液中骨钙素含 量均高于光滑表面对照组。骨桥蛋白等被定向吸附 于种植体表面， 在种植体与骨组织之间形成一层厚 约 ０．５μｍ 不含胶原的粘合线， 粘合膜通过矿化基质 骨桥蛋白、骨涎蛋白为骨组织和种植体的结合起到 了桥梁作用， 种植体－ 骨界面的粘合线， 与骨折愈合 时， 在新、旧骨界面形成的粘合线一致。
成骨细胞与材料的粘附； 纳米表面的化学特性， 例如 表面功能基团、电荷分布， 形态结构包括颗粒大小、 形状、分布等， 对植入体和硬组织的结合以及植入体 长期的稳定性至关重要［２］。钛表面氧化膜具有高表面 能特点， 有利于与骨组织中的ＯＨ－ 结合， 促进特异蛋 白质在表面吸附， 该氧化膜较致密、且有自我修复能 力， 可以防止钛离子释放和组织液对金属的腐蚀［３， ４］。 种植体表面特性不但影响细胞的粘附， 而且影响细 胞的增殖、分化、成熟和迁移。 ２ 种植体与硬组织的结合
内向信号传递的机制： 整合素与其配体结合后 向细胞内传递信号， 包括整合素与配体的结合， 整合 素的聚集， 以及随后形成的粘着斑。整合素与相应配 体结合后可激活其它多种效应酶， 如磷脂激酶、磷脂 酶、蛋白激酶 Ｃ， 以及谷氨酰转肽酶等。这些酶通过 作用于相应的底物分子如蛋白、磷脂或细胞骨架成 分等产生新的信号分子或引起细胞骨架结构的改 变， 最终使细胞产生功能性应答［１６－１８］。
口腔颌面外科杂志 ２００７ 年 ６ 月 第 １７ 卷 第 ２ 期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒａｌ ａｎｄ Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ Ｓｕｒｇｅｒｙ Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ，２００７
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种植体表面修饰影响骨结合机制研究进展
万澎波（综述）， 陈万涛（审校）
（上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颌面外科， 上海 ２０００１１）
成骨细胞在产生、发展的各个阶段均需借助于 各种生长因子的调控， 以最终完成正常的骨形成， 这 些生长因子包括： 转化 生 长 因 子 （ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ－β，ＴＧＦ－β）、前 列 腺 素 Ｅ２， 骨 保 护 素 （ ｏｓｔｅｏｐｒｏｔｅ－ ｇｅｒｉｎ ， ＯＰＧ） 等［２４］。Ｂａｔｚｅｒ 等［２５］研究发现粗糙表面能增 加种植体的润湿性， 影响成骨细胞的分化、增殖、局 部 因 子 的 释 放 （ 如 ＴＧＦ－β、前 列 腺 素 Ｅ２） ， 促 进 骨 结 合。 ４ 展望
当整合素聚集并被细胞外基质蛋白激活时， 可 以募集生长因子受体， 并增强生长因子所产生的信 号， 这种整合素与生长因子的协同作用在细胞周期 和细胞迁移中起重要作用［２３］。 ３．４ 骨结合
最初粘附在种植体表面的是未分化细胞， 必须 经过增殖、分化才转变为具有骨生成作用的成骨细 胞， 影响未分化细胞向成骨细胞分化的主要是骨形 态发生蛋白（ ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎｓ， ＢＭＰｓ） 。骨 形态发生蛋白是广泛存在于骨基质的一种酸性糖蛋 白， 属于转化生长因子－β（ ＴＧＦ－β） 超家族成员， 作用
种植体表面修饰的方法主要分为化学法、物理 法和电化学法三大类。经过表面修饰的钛及其合金 具有诱导类骨磷灰石的能力， 成为生物活性金属， 而 且有优越的生物相容性和骨引导作用， 能使骨结合 时间缩短。有文献报道， 有羟基磷灰石涂层的钛种植 体表面骨形成较快， 尤其在种植体植入的早期阶段， 并最终形成骨结合［１］。同时， 经过修饰的钛及其合金 的表面具有纳米级的粗糙结构， 纳米结构所具有的 小尺寸及表面或界面效应使种植体的比表面积增 加， 表面活性增大， 引导组织细胞的能力增强， 促进
［Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ］ ｉｍｐｌａｎｔｓ； ｉｎｔｅｇｒｉｎ； ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ； ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
钛及其合金具有化学稳定性高， 弹性模量等力 学性能与骨组织比较匹配等优点， 是广泛应用的人 体硬组织修复材料。钛及其合金本质上是生物惰性 材料， 在临床应用中， 牙种植体必然要植入颌骨并能 长期稳定的承担一定的咬合力， 而直接将钛或钛合 金植入人体还存在许多有待解决和进一步改善的问 题。例如骨结合强度低， 生物活性差， 愈合时间长以 及游离钛的产生等。种植体的表面修饰对骨结合有 明显的促进作用， 本文就种植体表面修饰影响骨结 合机制研究进展作一综述。 １ 种植体表面修饰
当种植体植入骨组织内， 一些组织蛋白如纤维 蛋白会吸附在其表面。在种植体形成蛋白层， 通过蛋
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口腔颌面外科杂志 ２００７ 年 ６ 月 第 １７ 卷 第 ２ 期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒａｌ ａｎｄ Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ Ｓｕｒｇｅｒｙ Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ，２００７
白的介导， 组织细胞开始在种植体表面聚集、粘附。 细胞粘附可以分为 ３ 个阶段： （ １） 粘附早期， 有细胞 粘附但未完全伸展； （ ２） 粘附中期， 细胞形态典型并 完全伸展， 但缺乏张力纤维和粘着斑； （ ３） 粘附后期， 细胞完全伸展有张力纤维和粘着斑［７］。细胞的粘附阶 段较长， 包括 ３ 种类型的蛋白： 细胞外基质蛋白、细 胞 膜 蛋 白 、细 胞 骨 架 蛋 白［８］。 细 胞 的 早 期 粘 附 是 非 常 重要的， 它是细胞粘附在种植体表面的第一步， 并且 影响细胞以后的生长、增殖和分化等。介导细胞与细 胞外基质粘附的膜蛋白主要是整合素［９］。 ３．２ 整合素
种植体植入颌骨后， 在功能状态下存在 ２ 种基 本固定形式： 纤维骨性固位和骨结合。就组织学和生 物学角度而言， 纤维骨性固位时， 种植体周围结缔组 织缺乏骨结合时骨组织分泌的粘着性骨基质， 对种 植体没有锚固作用， 种植体只能留在颌骨内， 无法承 载功能性负重； 骨结合是种植体表面和周围健康骨 组织之间没有任何纤维结缔组织间隔的直接连接， 具有分散功能性负重能力， 并且不会对邻近组织及 全身产生不利影响［５］。１９８２ 年在加拿大多伦多举行 的“口腔临床的骨结合问题”学术会议上， Ｂｒ#ｎｅｍａｒｋ 提出的骨结合界面理论得到正式的肯定， 至今已成 为种植义齿最重要的理论基础［６］。 ３ 影响种植体骨结合机制 ３．１ 细胞粘附
收稿日期： ２００６－０４－２８ 基金项目： 上海市重点学科（ 优势学科） 建设项目（ Ｙ０２０３３） ， 上海市
科委纳米专项课题（ ０４５２ｎｍ０６３， ０６５２ｎｍ０１８） 作者简介： 万澎波（ １９７７－） ， 男， 河南省平舆县人， 硕士研究生．
Ｅ－ｍａｉｌ： ｗａｎ２０５２４４＠１２６．ｃｏｍ 通讯作者： 陈万涛， 教授．Ｅ－ｍａｉｌ： ｃｈｅｎｗａｎｔａｏ２００２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｒａｌ ａｎｄ Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｎｉｎｔｈ Ｐｅｏｐｌｅ’ｓ Ｈｏｓｐｉｔａｌ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００１１，Ｃｈｉｎａ）
整 合 素 （ ｉｎｔｅｇｒｉｎ） 大 多 为 亲 异 性 细 胞 的 粘 附 分 子， 其作用依赖 Ｃａ２＋。介导细胞与细胞间及细胞与细 胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表 达整合素。整合素与其配体的相互作用为干细胞的 非分化增殖提供了适当的微环境。
整合素是一大类跨膜蛋白受体， 由 α、β两条链 （ 亚单位） 靠非共价键连接而形成的异源二聚体， α、 β亚单位分为长的细胞外区， 跨膜区和短的细胞内 区。α、β亚单位的细胞外区相互作用， 共同构成与特 异性配体结合的受体部分［７］， 在 β链的 Ｎ 端具有１００～ ２００ 个氨基酸残基的功能区， 可结合细胞外基质蛋 白中的 Ａｒｇ－Ｇｌｙ－Ａｓｐ 序列。含 β１ 亚单位的整合素主 要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附， β１ 亚单 位是成骨细胞与胶原蛋白、层粘连蛋白粘附的主要 受体； Ｊｉｎ 等发现细胞粘附的最初 １ ｈ， 粗糙表面细胞 粘附量比对照组提高 ３０％， 并且当加入整合素 β１ 亚 单位抗体时， 细胞粘附量显著下降 ， 说明 β１ 亚单位 在细胞的最初粘附中起重要作用［１０］。α６β４ 整合素以 层粘连蛋白为配体， 参与形成半桥粒。整合素两个亚 单位的胞浆区主要与细胞骨架相互作用， α链上的 氨基酸序列分散， 调节整合素与细胞外基质的结合， β链大约由 ４０～６０ 个氨基酸残基组成， 高度保守， 通 过 骨 架 蛋 白 与 α－辅 肌 动 蛋 白 （ α－ａｃｔｉｎｉｎ） 、 踝 蛋 白 （ ｔａｌｉｎ） 、纽带蛋白（ ｖｉｎｃｕｌｉｎ） 等多种肌动蛋、结合蛋白 相连， 介导细胞与细胞外基质及细胞与细胞间的粘 附， 同时参与跨膜信息传递， 激活基因表达， 调节胞 内酸碱度和 Ｃａ２＋浓度［１１－１４］。 ３．３ 整合素信号转导机制