牙周组织工程种子细胞及其体内移植方法的研究进展

种子细胞 牙周组织的细胞成分复杂， 其中与牙周组织再生
相关的关键细胞包括成纤维细胞、 成骨细胞、 成牙骨质 细胞及血管内皮细胞等。MSCs 因其相对易获得， 又 有多向分化潜能而成为研究热点。本文主要介绍牙周 膜干细胞 （periodontal ligament stem cells， PDLSCs） 、
中国修复重建外科杂志2010年10月第24卷第10期
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牙周组织工程种子细胞及其体内移植方法的研究进展
李玮 孟雪梅
【摘 要】 目的 对牙周组织工程的种子细胞和其体内移植方法进行综述。 方法 查阅国内外近年来关于细 胞治疗在牙周组织工程应用的文献， 对牙周组织工程种子细胞及其体内移植的方法进行总结。 结果 MSCs 是牙周种 子细胞的重要来源， 其中牙周膜干细胞是首选。BMSCs 虽具有很强的促进牙周组织再生的潜力， 但应用受到一定限制， 而 脂肪来源干细胞可作为一种极有前景的替代细胞。干细胞体内移植的方法均能不同程度地促进牙周组织再生， 细胞悬液 注射法只在促进少量牙龈缺损修复时有效； 组织工程支架材料更适用于牙周组织的再生， 但尚需进一步改进； 而细胞膜片 技术无需支架， 能实现大量细胞的有序移植， 能在不同条件下促进牙骨质、 牙周韧带和牙槽骨的再生。 结论 具有多向 分化潜能的干细胞更适宜作为牙周组织工程的种子细胞， 其体内移植方法的不断改进， 也将进一步促进牙周组织的完全 再 生。 【关键词】 组织工程 牙周组织 再生 种子细胞 细胞移植 中图分类号： Q813 R781 文献标志码： A
300070） 作者单位： 天津医科大学口腔医学院 （天津， E-mail: 通讯作者： 孟雪梅， 副教授， 硕士导师， 研究方向： 牙周病学， m.xm@163.com
排列复杂有序， 需要成骨细胞、 成牙骨质细胞和成纤维 细胞等多种细胞成分共同参与， 其中牙周膜细胞是新 组织再生的基础。但在牙周病损区， 由于长期的炎性 破坏， 剩余的牙周膜细胞非常有限， 以致牙周组织很难 达到有效的组织再生和功能重建 [1]。因此， 需要将大 量的种子细胞移植至牙周病损区以满足重建牙周组织 的要求。本文就牙周组织工程的种子细胞和其体内移 植的方法作一综述。 1
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迅速、 持久， 即使传代多次后 （超过 25 代） 仍能表达干 细胞表型， 维持间充质多向分化的潜能。以上优点使 ADSCs 成为组织工程领域具有前景的干细胞来源 [7]。 ADSCs 能分化为多种细胞， 并且已有研究采用这些 分化细胞成功实现了多种组织的再生 [7-8]。基于这些 研究结果， 牙周组织再生的研究也开始应用 ADSCs。 [9] To bita 等 将 ADSCs 和富血小板血浆的混合物应用 于大鼠牙周组织缺损模型中， 成功实现了包含牙槽骨 和牙周膜韧带样结构的牙周组织再生。 人体内 < 1% 的 ADSCs 表达人白细胞 DR 抗原， 因此， ADSCs 可以用于异体移植 。
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2 牙周组织工程细胞体内移植方法 2.1 细胞悬液注射法 细胞移植最简便、 传统的方法是将细胞悬液直接 注射到组织病损区。Mc Guire 等 [10] 将自体牙龈成纤 维细胞多次注射到预处理的牙龈乳头处， 以恢复其高 度， 他们发现这种方法虽然安全， 但只在组织愈合的前 2 个月有较明显效果， 且不能完全恢复初始高度。 细胞悬液注射法操作简便、 创伤小， 能在一定程度 上促进牙周软组织的再生， 但这种方法存在很大缺陷： 第一， 由于液体的流动性， 注射后细胞悬液的大小、 形 状和在组织中的分布难以控制； 第二， 细胞注射液不能 提供一定的机械支持力； 第三， 细胞注射后常呈岛形聚 集， 与受体组织间的黏附性差， 不利于细胞生长和发挥 功能； 第四， 细胞迁移进入毛细血管可能导致毛细血管 第五， 最重要的是， 这种方法促 栓塞， 影响局部血供 [11]； 进牙周组织再生的能力有限， 不能达到牙周组织的完 全再生。 2.2 组织工程支架材料应用 组织工程支架材料的主要功能是作为细胞黏附的 基质， 提供暂时的机械支持并引导新组织生长。目前 研究用于牙周组织工程的支架材料范围广泛， 包括天 然和人工合成材料， 又分为可吸收或不可吸收材料。 虽然种子细胞与支架材料的复合体系在牙周组织 再生方面取得了一定成果 [12-13]， 但其大多是将组织工 程其他领域的支架材料直接或通过简单的表面修饰用 于牙周组织工程。接种的细胞通常只在材料外围存活， 内部的细胞由于营养物质扩散差、 代谢产物不能及时 排出常有明显坏死， 加上很多细胞的增殖周期较长， 使 得材料能够负载的细胞量有限， 难以满足为牙周组织 再生提供足够量细胞的要求。另外， 支架材料的生物 相容性， 支架降解后细胞外基质和 / 或纤维化组织充 填， 以及细胞与培养基质分离过程中的酶处理， 均会影 响细胞功能， 破坏细胞间及细胞与细胞外基质的连接， 不利于细胞与支架和组织的黏附等， 限制了支架材料 在牙周组织工程中的应用。因此， 适用于牙周组织再 生的支架材料尚有待进一步研究。 2.3 细胞膜片技术 2.3.1 细胞膜片技术的原理和发展 细胞膜片技术是 利用温敏型多聚体——聚末端异丙基丙烯酰胺 （poly N-isopropylacylamide， PIPAAm） 在高于或低于临界温 度 （32 ℃）时亲、 疏水性的变化， 实现对细胞黏附的控 制。当温度低于 32 ℃时， PIPAAm 的异丙基支链充分 伸展， 呈亲水性； 当温度高于 32℃时， PIPAAm 广泛脱 水， 变为疏水性。由于细胞膜表面的疏水结构， 温度
牙周病是一种慢性感染性疾病， 会导致牙周支持 组织的破坏， 最终造成牙齿缺失。牙周病治疗的目的 不仅在于控制炎症， 更重要的是实现牙周组织的重建， 包括因炎性破坏吸收的硬组织 （牙槽骨与牙骨质） 和软 组织 （牙周膜与牙龈） 。但现有的治疗方法 （包括洁刮 治、 根面平整术和牙周手术） 不能获得牙周组织的完全 再生。组织工程技术的出现为实现牙周组织的完全再 生提供了全新的思路和方法。 与其他组织器官的组织工程相似， 牙周组织工程 是由种子细胞、 生长因子、 支架材料和血供等基本要素 组成， 但其又有自身的特点： 牙周组织再生至少要实现 骨、 牙骨质和牙周韧带 3 种组织的再生， 且三者的空间
RESEARCH PROGRESS OF CELLS AND CELL-TRANSPLANTATION METHODS FOR PERIODONTAL TISSUE ENGINEERING/LI Wei, MENG Xuemei. School of Dentistry, Tianjin Medical University, Tianjin, 300070, P.R.China. Corresponding author: MENG Xuemei, E-mail: m.xm@163.com Objective To introduce the cells and cell-transplantation methods for periodontal tissue engineering. 【Abstract】 Methods Recent l iterature about appl ication of cell-based therapy in periodontal tissue engineering was extensively reviewed, the cells and cell-transplantation methods were investigated. Results Mesenchymal stem cells were important cell resources for periodontal tissue engineering, among which peridontal l igament stem cells were preferred. Bone marrow mesenchymal stem cells had several disadvantages in cl inical appl ication, and adi pose-derived stem cells might be a promising alternative; different transplantation methods could all promote periodontal regeneration to some extent. Single-cell suspension injection could only promote a l ittle gingival regeneration, and tissue engineered scaffolds still needed some improvement to be used in periodontal regeneration, while cell sheet technique, with great cell loading abil ity and no need of scaffolds, could promote regeneration of cementum, periodontal l igament, and alveolar bone under different conditions. Conclusion Multi potent stem cells are fit to be used in periodontal tissue engineering; improvement of cell-transplantation methods will further promote periodontal regeneration. Tissue engineering Periodontium Regeneration Seeding cells Cell transplantation 【Key words】
然而， 由于骨髓穿刺给患者带来较大痛苦， 供区坏 死率高， 且干细胞的提取率非常低， BMSCs 临床应用 面临许多困难 。 1.3 ADSCs 脂肪组织来源丰富， 抽脂术对机体损伤小、 痛苦 少； 且 ADSCs 易于提取和培养， 每 400 ～ 600 毫克脂 肪组织中约能提取 5 × 10 个 ADSCs； 体外培养扩增
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Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery, October 2010, Vol. 24, No.10
BMSCs 和脂肪来源干细胞 （adipose-derived stem cells， ADSCs） 。 1.1 PDLSCs Seo 等 [2] 首先从人牙周膜中分离出了一组有多向 分化潜能的干细胞， 为牙周组织再生提供了重要的细 胞来源； 同时他们研究证明 PDLSCs 具有 MSCs 的特 性， 如集落形成性、 强增殖性， 并表达干细胞表面标志 STRO-1 和血管周围细胞表面标志 CD146， 体内移植后 能形成牙骨质和牙周韧带样结构。Liu 等 [1] 将小型猪 自体 PDLSCs 与羟基磷灰石 / 磷酸三钙支架复合后移 植到人工制备的牙周病损区， 与单纯支架组和空白对 照组比较， PDLSCs 与支架复合移植后有明显的骨、 牙 骨质和牙周韧带再生。 Wada 等 [3] 研 究 发 现， 体 外 培 养 的 PDLSCs 主 要 组织相容性复合体Ⅱ型抗原表达呈阴性， 具有免疫调 节性， 能够抑制外周血单核细胞的增殖和作用， 说明 PDLSCs 具有异体移植的潜能。 1.2 BMSCs 许多研究表明 BMSCs 能有效促进牙周组织的再 生。Hasegawa 等 [4] 将绿色荧光蛋白标记的 BMSCs 移 植到Ⅲ型牙周病损区， 1 个月后牙周组织接近完全再 生， 且其中的成骨细胞、 成牙骨质细胞、 成纤维细胞绿 色荧光蛋白染色均为阳性， 说明移植的 BMSCs 存活 并分化为牙周组织细胞， 提高了牙周组织的再生能力。 有临床研究将自体移植的 BMSCs 与富血小板血浆联 合应用修复牙周病损区， 临床探诊见病损区深度和附 着丧失减少 4 mm， 成功地实现了牙周组织的再生 。