牙周膜来源细胞膜片在牙周再生中的应用研究进展_冯馨仪

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干细胞作为一种具有自我更新和多向分化潜能 的祖细胞,能够修复病变细胞或重建功能正常的细 胞和组织[27]。自 PDLSCs 被发现以来,基于此进行 牙周再生的研究成为热点,而随着组织工程的不断 发展,PDLSCs 被认为是牙周再生理想的种子细胞, 许多学者用它来构造 PDLSCs 膜片进行牙周再生的 实验和研究。 安 康 康 等[28] 用 犬 骨 髓 间 充 质 干 细 胞 ( bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs) 和
牙周炎是以牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质四种 软硬连接组织的破坏为特征的慢性炎症性疾病,其 晚期损害以牙周袋加深、牙槽骨吸收等为特征,最终 导致牙齿的松动、移位甚至脱落。由于牙周组织结 构的复杂性以及炎症所造成的牙周组织形态缺损的 多样性和特异性,使得牙周炎症的再生治疗面临许 多困难。目前临床上通过牙周的一些基础治疗( 洁 治术与刮治术等) 和传统的牙周手术( 翻瓣术等) 已 经成功的控制牙周炎症的发展,并有利于牙周组织 的自我修复,但无主动促进牙周组织再生的作用,不 能恢复已经受到破坏的牙周组织。骨移植术、引导 组织再生术等虽广泛运用于治疗因牙周炎症引起的 牙周组织缺损,但却不能使牙周组织得到完全性的 再生,且适应证较窄。组织工程中传统的种子细胞、 支架材料与生长因子相结合的技术,由于没有理想 的支架材料而难以广泛的应用于牙周组织缺损的再 生治疗中。这些缺陷都阻碍着牙周再生的实现,也 让牙周炎患者获得完全性的牙周再生变得更加困 难。细胞膜片技术( cell sheet technology,CST) 作为 一种细胞移植的新型载体,避免了传统组织工程中 支架材料降解吸收会引起的一些不良反应,也给牙 周组织的完全性再生带来了新的希望。本文就牙周 膜来源的细胞膜片在牙周再生中的应用进行综述。
PDLCs 来源于牙周组织,是牙周膜的主要功能 细胞,因其是一组具有异质性的细胞群,故它们在牙 周组织再生过程中起重要作用[19]。因此,许多学者 选择 PDLCs 作为种子细胞来构建细胞膜片,也如期 的实现了牙 周 组 织 的 再 生。 王 方 等[20] 将 分 离 培 养 的人 PDLCs 经维生素 C 培养法连续培养数周后获 得的 PDLCs 膜片,与羟基磷灰石复合后移植入裸鼠 的皮下 4 周,观察到有类牙周膜牙骨质样组织在裸 鼠 皮 下 异 位 再 生。 Akizuki 等[21] 培 养 犬 自 体 的 PDLCs,再利用温敏培养皿培养并获得 PDLCs 膜片,
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口腔生物医学 2016 年 6 月( 第 7 卷第 2 期) Oral Biomedicine,Vol. 7,No. 2,Jun. 2016
PDLSCs 构建两种细胞的细胞膜片,包裹 Bio-Gide 胶 原膜后移植入裸鼠背部皮下,比较分析哪种细胞更 适合细胞膜片技术。结果显示 BMMSCs 和 PDLSCs 具有相似的干细胞生物学特性,但 PDLSCs 更耐受 细 胞 膜 片 制 取 过 程 中 的 高 密 度 培 养 微 环 境,与 BMMSCs 相比,更适合于细胞膜片技术。国外有研 究者将培养的犬自体的三层 PDLSCs 膜片与 β 磷酸 三钙混合后移植入犬下颌第三磨牙的一壁骨缺损模 型中,植入后 8 周观察到有新形成的牙骨质和排列 整齐的牙周膜纤维。该研究同时也比较了 PDLSCs 膜片、BMMSCs 膜片和牙槽骨骨膜细胞膜片对牙周 的再生能力,结果显示,仅在 PDLSCs 膜片组观察到 了牙周膜纤维的再生,牙槽骨再生的量在 PDLSCs 膜片组为最高[29]。
细胞膜片作为一种新型的细胞移植的载体,通 过特殊的方式获得,提高了细胞的利用率,其生物安 全性也应该受到重视。Washio 等[24]分别通过体内 和体外实验证实了 PDLCs 膜片运用于牙周再生的 安全性和有效性,其体外实验显示人 PDLCs 膜片有 很高的碱性磷酸酶活性和骨膜蛋白的表达( 牙周膜 标记物) ,且没有细菌或者真菌等微生物的污染; 体 内实验通过将人 PDLCs 膜片与牙骨质块结合后,移 植入无胸腺小鼠背部的皮下组织内,观察到有牙骨 质和牙周膜样组织的形成。国外有学者用患者自体 的 PDLCs 构建细胞膜片后进行牙周再生的治疗,受 试的 4 名患者均是在接受基础治疗后还存在 4 mm 以上的牙周袋,且存在牙周骨缺损。4 名受试者在 接受了自体 PDLCs 膜片移植后并无异常反应,且在 移植区观察到了牙周袋深度的减少和形成牙周新附 着。这个临床试验的结果充分证明了在临床治疗中 移植自体 PDLCs 膜片的安全性和有效性[25-26]。 2.2 牙周膜干细胞膜片
2 与牙周再生相关的牙周膜来源的细胞膜片
牙周膜中包含成纤维细胞、巨噬细胞、未分化的 间充质细胞、成牙骨质细胞和破牙骨质细胞、成骨细 胞和破骨细胞、Malassez 上皮剩余细胞以及与血管、 神经相关的细胞[13-15]。牙周膜成纤维细胞 ( periodontal ligament cells,PDLCs) 是牙周膜中最常见的细 胞,也是牙周膜的主要功能细胞,在牙周组织再生过 程 中 起 主 要 作 用。 Nakahara 等[16] 将 狗 自 体 的 PDLCs 放在明胶海绵支架上移植入牙周缺损的狗 的动物模型中去,在其牙根的表面观察到牙槽骨和 牙骨质系统 性 地 重 建,证 明 PDLCs 具 有 诱 导 包 括 骨、牙骨质 和 牙 周 膜 在 内 的 牙 周 组 织 再 生 的 潜 能。 2004 年,施松涛课 题 组 首 次 发 现 了 牙 周 膜 干 细 胞 ( periodontal ligament stem cells,PDLSCs ) : PDLSCs 是一类具有多向分化潜能的成体干细胞,可在体外 诱导形成成骨细胞、脂肪细胞。将其接种到羟基磷 灰石-磷酸三钙三维支架上,植入裸鼠皮下可形成典 型的牙骨质-牙周膜样结构,三维支架表面也形成一 薄层牙骨质样组织,且有类似牙周膜的胶原纤维插 入其中。同样的,将此复合物移植入裸鼠的牙周缺 损处,植入的牙周膜干细胞和牙周膜纤维彼此融合, 部分纤维附着在 牙 齿 和 牙 槽 骨 表 面[17]。 而 后 也 有 研究证实,PDLSCs 是一类维持牙周组织动态平衡 和缺损修复的关键细胞[18]。 2.1 牙周膜成纤维细胞膜片
[摘要] 牙周炎作为危害口腔健康的严重疾病之一,其引起的牙周支持组织的损害和丧失却得不到良好的治愈,使得患者的 生活质量严重下降。细胞膜片技术作为细胞移植的一种新方法,可以减少细胞的流失,提高细胞的利用率,且在移植的过程 中无需外源性支架材料,其在牙周组织工程中表现出了巨大的潜力。本文就组织工程中细胞膜片技术及牙周膜来源的细胞 膜片在牙周再生中的研究进展做一综述。 [关键词] 细胞膜片; 牙周再生 [中图分类号] R780.2 [文献标识码] A [doi] 10.3969 / j.issn.1674-8603.2016.02.013
1 细胞膜片技术
Okano 等[1]于 1993 年利用一种热敏性高分子
基金项目: 遵义市重点科技计划项目培育及人才培养计划项目[遵 市科培字( 2010) 1 号]; 贵州省省长资金临床应用课题专项研究项目 [黔省专合字( 2012) 119 号] * 通信作者: 葛 颂 Tel: 13984209770
Email: gesong007b@ 163.com
聚合物凝胶—聚 N-异丙基丙烯酰胺[ploy( N-isopropylacrylamide) ,PIPAAm]对温度变化的独特反应来 制作细胞培养的一个智能温度反应性表面,将其嫁 接在细胞培养皿底部来培养细胞,从而发明了细胞 膜片。其原理是 PIPAAm 同时具有亲水性酰胺基和 疏水性异丙基,当温度高于 32 ℃ 时呈疏水性,细胞 能在其表面黏附增殖,形成单层细胞膜片; 当温度低 于 32 ℃ 时呈亲水性,该聚合物会迅速的膨胀形成一 水化层,细胞不能再黏附在其表面并自动从培养皿 底部分离,以丰富的细胞外基质而连接成薄片。与 胰蛋白酶消化法比较,通过这种方式收集的细胞保 留了更加完整的功能,并且可以不利用外源性支架 材料进行移植。但该方法所用到的材料和设备价格 昂贵,制取过程复杂,获得的细胞膜片为单层细胞膜 片,力学性能差,而且有研究认为 PIPAAm 凝胶可能 会影响细 胞 的 聚 合 和 分 化[2]。 一 些 成 本 低 且 简 便 易行的方法进而被研究和发明,如有报告称维生素 C 能促进细胞外基质的分泌,在普通培养基中加入 维生素 C 连续培养数周,即可获得细胞膜片[3]。还 有学者将兔自体骨髓基质细胞与富血小板血浆复合 后,共同在体外培养 10 d,用物理刮取法获得厚约 2 mm 的兔骨髓基质细胞 ( bone marrow stromal cells, BMSCs) 膜片[4]。还有研究者将骨髓基质细胞高密 度接种于普通培养皿,用成骨诱导液连续诱导培养 两周,当细胞在培养皿里融合后,用细胞刮沿培养皿 底刮取而获得骨髓基质细胞膜片[5]。
将其移植入犬双侧下颌第一磨牙近中根颊侧的骨缺 损处,8 周后观察到有牙槽骨、牙周韧带和牙骨质的 再生,新生的血供丰富的胶原纤维垂直插入新生的 骨和牙骨质中,表明 PDLCs 膜片有促进牙周组织再 生的能力。Iwata 等[22]培养三层的犬 PDLCs 膜片, 将其移植到犬下颌第一磨牙颊侧近中三壁骨缺损的 根面上,剩余缺损区用 β 磷酸三钙将其填满,6 周后 观察到,缺损处几乎有完全性的骨再生,并且有新生 的牙槽骨、牙骨质和排列有序的胶原纤维。国内有 学者构建犬 PDLCs 膜片和 BMSCs 膜片,用这两种 细胞膜片分别或一起与犬自体牙根体外复合后构建 牙的生物性种植体后原位再植,比较观察这两种细 胞膜片对生物性种植体牙周再生的影响。结果在 PDLCs 膜片组种植体的牙根表面观察到了牙糟骨、 牙骨质和牙周膜等牙周样结构的再生,而在双膜片 组和 BMSCs 组的种植体牙根表面多为骨性的结合, 没有牙周样组织 的 再 生[23]。 这 些 研 究 成 果 充 分 的 展示了 PDLCs 膜片作为牙周再生新技术新方法的 可行性。
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口腔生物医学 2016 年 6 月( 第 7 卷第 2 期) Oral Biomedicine,Vol. 7,No. 2,Jun. 2016
[文章编号] 1674-8603( 2016) 02-0104-04
牙周膜来源细胞膜片在牙周再生中的应用研Βιβλιοθήκη Baidu进展
冯馨仪,喻 丽,温玉洁,葛 颂* ( 遵义医学院附属口腔医院牙周科,贵州 遵义 563000)
3 展望
细胞膜片作为组织工程中细胞移植的新型载 体,可以最大限度的提高细胞的利用率,减少细胞的 流失,且在细胞移植过程中避免了支架材料吸收和 降解引起的一些不良反应等问题。但其还处于研究 的初级阶段,想要应用其获得牙周组织的完全性再 生还需要研究组织工程中的第三大要素———生长因 子对其的调控作用,深入研究生长因子对组织再生 和细胞膜片的作用机制和应用剂量等问题,可以使 细胞膜片技术在牙周再生方面取得更广泛的应用 前景。
目前,通过移植自体口腔黏膜上皮细胞膜片和 软骨细胞膜片分别构建角膜、食管和关节软骨的再 生已通过临床前实验,并有学者用于临床且取得成 功[6-9]。也有学者运用牙周膜来源的牙周膜成纤维 细胞膜片进行牙周再生,结果显示不仅有新骨和牙
冯馨仪,等.牙周膜来源细胞膜片在牙周再生中的应用研究进展
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骨质的再生,新骨和牙骨质间也有新生的且排列整 齐的牙周膜纤维束的再生,这说明牙周膜成纤维细 胞对再生牙周软 硬 组 织 具 有 多 能 性[10]。 移 植 细 胞 膜片不仅能替换受伤的组织,也能修补移植区域内 受损的功能。例如,将肝脏细胞膜片移植入皮下组 织可形成一个二维平面的肝脏组织,并平稳持续的 产生白蛋白和进 行 药 物 的 代 谢[11]。 移 植 胰 腺 细 胞 膜片到Ⅰ型糖尿病模型中可以使高的葡萄糖浓度 降低[12]。
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