壳聚糖在引导骨再生膜中的应用

［文章编号］　１６７１－５８７Ⅹ（２０１２）０４－０８１３－０４［收稿日期］　２０１２－０３－１３［基金项目］　浙江省科技厅自然科学基金资助课题（Ｙ２１１０２６０）［作者简介］　平飞云（１９５４－），女，浙江省杭州市人，主任医师，主要从事口腔颌面肿瘤及口腔颌面软硬组织畸形整复的研究。

［通信作者］　董　研（Ｔｅｌ：０５７１－８７７８４６１９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｑｉｎｇ＿６６＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）壳聚糖在引导骨再生膜中的应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｉｎ　ｇｕｉｄｅｄ　ｂｏｎｅ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ平飞云１，苗卓伟１，王新木２，董　研３（１．浙江大学医学院附属第二医院口腔颌面外科，浙江杭州３１０００９；２．杭州市第一人民医院口腔科，浙江杭州３１０００６；３．浙江大学医学院附属第二医院口腔矫形科，浙江杭州３１０００９）［摘　要］　壳聚糖（又称几丁糖）是几丁质脱乙酰基的产物，作为一种具有高度生物相容性的生物大分子材料，被广泛应用于医学领域。

本文作者查阅近几年国内外有关壳聚糖可吸收生物膜在引导骨再生技术中应用的文献，总结其研究成果并探讨其发展方向。

壳聚糖的生物特性，使其在制备可吸收引导骨再生膜中具有突出的优势。

与此同时，在生物体内降解周期长是壳聚糖存在的主要问题。

为了在可吸收生物膜领域开拓出广阔的应用前景，与胶原、生长因子等材料结合是壳聚糖未来的发展趋势。

［关键词］　壳聚糖；引导骨再生；生物膜；生长因子；牙种植［中图分类号］　Ｒ３１８．０８；Ｒ６８１．３ ［文献标志码］　Ａ 采用种植技术进行牙修复，缺损区牙槽骨质与量直接影响种植体－骨结合、种植体长期稳定性及种植体周围软组织的愈合速度。

意外创伤、长时期牙缺失及重度牙周炎等因素导致的牙缺失可造成牙槽骨进行性吸收，使牙槽嵴高度下降、宽度缩窄，影响种植体植入后的骨结合质量，同时有碍种植义齿的固位和稳定。

以往解决骨量不足的问题常采用自体髂骨、腓骨移植技术，但这种方式导致供骨区的手术创伤及术后可能诱发感染等并发症［１］，引导骨再生（ｇｕｉｄｅｄ　ｂｏｎｅ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＧＢＲ）技术［２－４］是已被实验及临床证实可以有效解决牙种植术中遇到的骨量不足问题。

ＧＢＲ技术是在引导组织再生（ｇｕｉｄｅｄ　ｔｉｓｓｕｅ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＧＴＲ）技术上发展起来的，２０世纪８０年代初，Ｋａｒｒｉｎｇ［５］提出了ＧＴＲ技术的概念，并将其定义为在完成外科手术后的愈合过程中，隔膜所创造的空间被合适的或正确的组织重新充填。

此后，针对骨组织的隔膜再生技术被定义为ＧＢＲ技术。

Ｄａｈｌｉｎ等［６］用聚四氟乙烯膜进行小鼠下颌角骨缺损愈合实验，发现有膜覆盖侧可见完全骨组织再生，而无膜覆盖侧几乎未见骨组织再生，可见ＧＢＲ膜是此技术关键，膜在骨组织修复过程中有重要作用。

ＧＢＲ技术出现至今，已经有２０余种膜被研究和应用，本文作者对壳聚糖膜研究现状和发展方向做一论述。

１　ＧＢＲ膜分类按照膜在体内能否被吸收，ＧＢＲ膜分为不可吸收膜和可吸收膜［７－８］。

不可吸收膜又称生物不可降解膜，主要有钛膜、聚四氟乙烯（ｅｘｐａｎｄｅｄ　ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ，ｅ－ＰＴＦＥ）膜、钛加强的聚四氟乙烯膜、纤维素膜及微孔滤膜等。

其中钛膜和ｅ－ＰＴＦＥ膜是实验研究较多并证明在引导骨再生方面有肯定效果的，两者在临床上的应用也很广泛。

钛膜机械强度高，可维持骨再生需要的空间。

聚四氟乙烯膜具有一定的可塑性，使用时易于成形，不可吸收膜可根据骨缺损愈合的具体情况决定膜在体内的留置时间。

但是不可吸收膜的组织亲和性较差，常导致创口感染开裂，膜早期暴露影响骨再生质量。

骨缺损修复后膜在体内不可降解，需进行二次手术，对已修复牙龈组织造成损伤，且增加感染的风险。

膜的取出过程延长了治疗时间，患者需承担更多的疼痛和更高的治疗费用。

可吸收膜又称生物降解膜，主要有胶原膜、聚乳酸膜、壳聚糖膜及异体冻干骨膜等。

其中异体冻干骨膜由于来源有限易引起免疫反应等因素已很少使用。

胶原膜和壳聚糖膜成为主要研究对象。

可吸收膜的生物相容性好，抗原性低，具有一定的抗感染性。

在体内经过一段时间可自行降解。

胶原膜和壳聚糖膜呈纤维网架结构，利于有骨再生潜能的细胞附着。

但是可吸收膜的机械强度低，不能长时间保持骨再生所需空间。

各种来源的材料因制备方式不同导致膜降解速度不同。

另外，降解过程中会引起轻度炎症反３１８第３８卷　第４期２０１２年７月吉　林　大　学　学　报　（医　学　版）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．４　Ｊｕｌ．２０１２应。

可降解膜最大的优势在于无需二次手术取出，减少了手术感染，有利于种植体颈部龈结合。

Ｋａｓａｊ等［９］评价了３种可吸收胶原膜和３种不可吸收ＰＴＦＥ膜对人牙龈成纤维细胞、牙周膜纤维细胞和人成骨样细胞的生物效应，结果表明：可吸收膜有更显著的促进细胞增殖作用。

尽管一些实验在对比两类膜的临床效果时，发现两者在上皮附着水平的获得上没有显著的差别［３］，但是由于不可吸收膜需二次手术取出及更高的早期暴露率和易感染性［１０］，因此目前临床ＧＢＲ术中，较多使用可吸收膜。

２种或多种材料组合成的可吸收复合膜是当前的研究热点，因为单一材料构建的膜支架无法同时满足生物相容性、生物活性及一定的力学性能。

将具有不同优异性能的材料复合或与有诱导组织再生作用的生物活性因子，如骨形态发生蛋白２（ｂｏｎｅｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｔｅｉｎ　２，ＢＭＰ２）、骨髓基质细胞（ｂｏｎｅｍａｒｒｏｗ　ｓｔｒｏｍａｌ　ｃｅｌｌｓ，ＢＭＳＣｓ）、富血小板血浆（ｐｌａｔｅｌｅｔｒｉｃｈ　ｐｌａｓｍａ，ＰＲＰ）、釉质基质衍生物等复合，形成优势互补的可吸收复合膜材料［１１］，将更大程度上提高骨再生效果。

２　壳聚糖在ＧＢＲ技术中的应用基础及研究现状２．１　壳聚糖的应用基础　几丁质是自然界广泛存在的高分子聚合物，是由１　０００～３　０００个Ｎ－乙酰葡萄糖胺所构成的天然多糖，常与蛋白质结合构成黏多糖。

壳聚糖是几丁质脱乙酰基衍生物，制备工艺简单，价格低廉，若作为主要材料制备ＧＢＲ膜，可以从一定程度上减轻患者的经济压力。

大量研究［１２－１３］表明：壳聚糖对动物及人体无毒、无抗原性。

Ｇａｄｅｓ等［１３］研究发现：成年男性使用壳聚糖日剂量４．５ｇ未见不良反应。

壳聚糖的主要成分是氨基多糖，与人体细胞外基质结构相似，降解后能与组织整合［１４］，降解产物无致敏致畸及炎症反应［１５］。

因具备溶解性、黏性、可剪切性、亲水溶胀性、成膜性、生物可降解性和良好的生物相容性，作为一种新型生物高分子材料，被广泛应用在医学领域［１６］，如组织工程支架、药物缓释载体分离膜和抗菌涂料等［１７］。

然而，壳聚糖在医学领域的应用不单纯依赖其理化性质和生物性能，更多是其优异的生物学功能。

壳聚糖主要的生物学功能为调节细胞生长、抑制微生物生长、促进凝血及加快创口愈合。

壳聚糖可以维持成骨细胞外基质蛋白的表达，能加速伤口愈合和促进骨缺损愈合［１８－１９］。

许多研究者将壳聚糖与胶原、明胶、透明质酸、羟基磷灰石等材料以不同比例通过不同结合方式制成复合材料［２４－２８］，以期提高可吸收膜的生物性能。

另外，将生长因子如ＢＭＰ、ＴＧＦ、ＰＤＧＦ等与壳聚糖复合制备有诱导骨再生作用的活性可吸收生物膜［３０－３３］也倍受重视。

２．２　壳聚糖的研究现状　国内外许多研究者将壳聚糖应用于ＧＢＲ的动物实验中，得到了一些有价值的实验数据，也发现了有待解决的技术问题，这些都为壳聚糖的临床应用奠定了基础。

２．２．１　壳聚糖的ＧＢＲ作用　Ｋｕｏ等［２０］通过大鼠体内实验发现，壳聚糖膜覆盖组与空白对照组相比较在软组织与骨组织之间有明显的空间界线，且缺损处可见新生骨组织。

王新木等［２１］在犬胫骨上段制作洞穿形骨缺损，分别覆盖几丁质膜、聚四氟乙烯膜及钛网加强的聚四氟乙烯膜，不覆盖膜做空白对照，术后２、４、８、１２周取材，通过组织学及新骨形成量来观察骨再生情况，比较不同膜材料引导骨再生的效果，结果表明：几丁质膜、聚四氟乙烯膜及钛网加强的聚四氟乙烯膜均能引导骨再生。

而王新木等［２２］在家兔背部肌肉内埋植几丁糖风干膜、几丁糖冻干膜、几丁糖胶原复合膜、混合膜及冻干膜，结果显示：家兔背部的膜植入区肌肉组织未见明显炎症反应，膜材料在家兔体内前３个月吸收率不到２０％，植入后６个月吸收率大于５０％，可见几丁糖胶原膜有较好的组织相容性，在家兔体内可保持形状基本完整达３个月以上。

良好的组织相容性及适宜的降解性表明：几丁糖已达到引导骨再生膜的基本要求。

另外，也有研究者［２３］发现：表面有壳聚糖涂层的钛钉植入兔胫骨后，金属与骨结合处可见编织骨形成，少见感染，成骨效果与钙磷酸盐涂层钛钉和无涂层钛钉相似［２３］。

２．２．２　壳聚糖结合其他材料引导骨再生　壳聚糖与胶原、二氧化硅、羟基磷灰石等混合，制成的复合膜具有良好的生物相容性，能促进细胞的黏附移行和分化增殖，并具有良好的促进骨再生能力。

王新木等［２４］将几丁糖与胶原混合制备可吸收膜，同时评价膜的物理性能。

根据制备方式不同，分为风干复合膜、风干混合膜和冷冻干燥膜。

通过膜表面结构成分、吸水性以及抗张强度的测定，结果表明：风干复合膜质地不如风干混合膜和冷冻干燥膜均匀，且胶原量及膜厚度的增加可使膜更均匀。

根据表面结构测定，风干复合膜表面不平整无孔隙，风干混合膜和冷冻干燥膜表面均匀多孔。

冷冻干燥膜的吸水性较其他２种膜高。

同样几丁糖胶原的风干膜抗张强度无明显差异，但均大于冻干膜，胶原比例越高，膜强度越大。

Ｌｅｅ等［２５］分别将纯壳聚糖膜和壳聚糖与二氧化硅混合制成的复合膜覆盖在小鼠颅顶骨缺损处，３周后发现新骨生成率复合膜组明显高于单纯膜组，组织形态分析可见复合膜较单纯膜有明显的生物降解现象。

Ｃｈｅｎｇ等［２６］将纳米羟磷灰石与壳聚糖混合制成复合膜，通过细胞培养发现此复合膜不影响细胞的形态、生长活力和增殖，有很好的生物适应性，认为这种复合膜是较有应用前景的可吸收生物膜。

Ｊｉａｎｇ等［２７］也将纳米羟磷灰石加入到壳聚糖羧甲基纤维素复合膜内，通过机械性能、吸水膨胀性能、降解性能和生物活性等体外实验发现：复合膜内加入４０％质量比的羟磷灰石后具备最好的机械性能，ＧＢＲ的性能高于不添加羟磷灰石的单纯壳聚糖羧甲基纤维素复合膜。

Ｋｒｚｅｓｉｎｓｋａ等［２８］将壳聚糖和碳化丝兰合成一种可降解的生物复合材料，这种材料密度小、孔率高并且弹性模量高，膜表面的电传导率也得到提高，这些性能的改进有助于壳聚糖膜的进一步研究。

２．２．３　壳聚糖复合生长因子诱导骨再生　复合生长因子的可吸收多孔膜为自体组织的再生起支架作用［２９］，ＢＭＰ是４１８吉林大学学报（医学版）　第３８卷　第４期　２０１２年７月近年来研究较多的生长因子之一。