种植修复穿龈区材料性状对软组织封闭的影响

    在口腔种植研究领域，制定改善骨整合的策略是学者们一直以来的研究重点，但近年来，越来越多的学者认识到，种植体的长期稳定不仅依赖于骨整合，也与种植修复过程中穿龈区软组织封闭密切相关。种植体周围软组织的良好愈合可以形成稳定的软组织封闭区，有效阻止细菌、化学物质侵入，抵抗物理损伤，从而保存边缘骨组织，维持种植体长期稳定。
    因此，良好的穿龈区软组织封闭对减少种植体周围炎、提高种植体长期存活率至关重要。而穿龈部位生物材料的表面性状影响软组织附着，是近年来学者们关注的热点，本文将就口腔种植修复过程中的穿龈部位生物材料对软组织封闭影响的研究进展作一分析。
    1.口腔种植体-软组织界面
    口腔种植体-软组织界面主要是由结合上皮及其下方的结缔组织构成，即所谓的“生物学宽度”，而这一术语是基于Gargiulo等人的工作，他们统计了天然牙齿龈交界处的软组织宽度，发现平均宽度为2.04mm（结合上皮1.07mm，上皮下结缔组织0.97mm）。而种植体周围存在类似的种植体-软组织关系。Berglundh等指出，种植体周围生物学宽度约3~3.5mm，包括约2mm的结合上皮和1~1.5mm的结缔组织。
    在种植体周围，结合上皮形成了种植体周围袖口样的上皮封闭区，其结构连续性可有效阻止细菌侵入，但与天然牙不同的是，上皮细胞通过半桥粒和基板连接于种植体表面，附着及封闭能力较薄弱，易发生上皮根向迁移。种植体-软组织界面另一重要结构是上皮下结缔组织，主要由成纤维细胞、胶原纤维及细胞外基质等构成。
    天然牙周围的结缔组织由60%的胶原纤维和15%的成纤维细胞组成，相比之下，种植体周围的结缔组织含有85%的胶原纤维和仅3%的成纤维细胞，细胞数量明显低于天然牙周围牙龈组织。
    在天然牙中，结缔组织通过“sharpy纤维”锚定在牙骨质中，形成紧密的结缔组织附着，但在种植体周围，这种附着被蛋白聚糖层所取代，且胶原纤维的排列多与种植体表面平行，抵抗外界作用的能力较差。另外，种植体周围结缔组织血管来源及数量较少，分布较差，更像瘢痕组织。因此，相对于天然牙，种植体表面的结缔组织附着较薄弱。而如何提高种植体材料与结合上皮和结缔组织的附着及封闭作用至关重要。
    2.穿龈区软组织愈合过程
    种植体周围软组织愈合过程包括以下四个阶段：凝血块期，炎症期，增生期和成熟/改建期。软组织创伤发生后，凝血块迅速形成并封闭创口，与此同时，炎症反应平行进行，中性粒细胞和单核细胞分别在创伤后1h和24h内出现在种植体周围，参与早期炎症反应。
    增生阶段由肉芽组织的形成开始，成纤维细胞参与胞外基质合成，并在创伤后迁移至创口边缘，参与伤口的愈合及修复。随后，创口愈合进入成熟改建阶段。一般来说，上皮愈合在7~14天完成，而生物学宽度的形成和黏膜周围屏障功能的成熟需要6~8周的愈合时间。因此，如何促进种植体周围软组织的早期愈合也成为加强软组织封闭效果的关键问题之一。
    3.穿龈区生物材料表面性状对软组织封闭的影响
    虽然种植体周围软组织与天然牙龈组织有相似的组织形态学和临床特征，但与天然牙不同的是，种植体周围软组织形成于种植植入手术或二期手术后的愈合过程。种植体系统设计、手术方法等均可对软组织封闭效果产生影响，但另一方面，由于种植体周围软组织的愈合发生在材料-软组织界面，生物材料的表面性状对愈合过程及附着效果也至关重要。
    拥有良好生物学性能的种植材料应能促进种植体周围上皮细胞粘附、抑制上皮向下迁移、促进成纤维细胞粘附及结缔组织合成，促进软组织愈合及附着，从而获得稳定的种植体周围软组织封闭区。
    1）界面材料组成
    目前来说，穿龈部位材料类型主要分为3大类：金属、陶瓷和聚合物。其中，钛及钛合金（六铝四钒钛、钛锆合金、钛钽合金等）对成纤维细胞粘附及软组织附着的表现相似，与其他金属如金合金、钴铬合金相比，表现出了更好的细胞粘附能力。然而，当钛种植体植入上颌前牙区域，尤其是在软组织状况不佳的情况下，种植体周围软组织会出现灰色阴影，影响美观。因此，在穿龈材料领域，尤其是在美学区域，光学性能良好的陶瓷材料似乎更有应用前景。
    有学者认为，氧化锆和钛或钛合金在对软组织整合方面无明显差异。也有研究发现，与钛相比，氧化锆能促进成纤维细胞增殖，且软组织整合更加成熟。然而，相反地，一项比格犬体内试验研究发现，氧化锆周围软组织中血管比例明显低于钛。同时，最近的一项大鼠体内试验也显示氧化锆表面上皮附着结构较钛表面少，封闭效果较弱，粘附相关蛋白表达水平下降。
    多数学者认为氧化锆能够实现良好的种植体周围软组织整合，作为钛的替代品表现出了一定的应用前景。然而，在有更多的临床证据之前，钛和钛合金仍是口腔种植的首选材料。然而，无论是钛还是氧化锆，二者都不能形成永久性软组织密封。因此，通过改变表面形貌、粗糙度、亲水性或进行生物分子掺杂等对材料表面进行改性，以加强种植体周围的软组织附着，成为学者们关注的热点。
    2）表面形貌
    Brunette课题组发现，沟槽状表面可引导成纤维细胞和上皮细胞定向生长。这一现象被称为“接触引导”，即材料表面几何形貌（如微沟槽）定向或引导细胞运动的一种现象。微沟槽结构通常表现为材料表面按一定方向规律排列的沟状几何形状，其沟间距及深度等几何参数均为微米级。目前，学者们普遍认为，微沟槽表面可以促进软组织细胞粘附，提高粘附强度，并影响上皮细胞和成纤维细胞的定向生长。
    另外，有研究表明，微沟槽结构表面的结缔组织内可见部分胶原纤维垂直于种植体生长，作者认为，这种结缔组织-种植体界面可以有效阻止上皮细胞向下迁移。然而，也有学者认为微沟槽结构虽然可以促进软组织细胞的粘附增殖，但其粗糙表面亦有可能促进微生物的定植，因此，纳米形貌似乎成为更好的选择。纳米形貌即材料表面呈现纳米尺度的形貌特征，如纳米级沟槽、纳米棒、纳米线、纳米孔、纳米管等。
    研究表明，经机械抛光形成的纳米沟槽有序连续，可促进成纤维细胞定向生长。而Tan等发现，TiO2纳米管在促进成纤维细胞成熟分化的同时，可进而促进随后与之共培养的角化上皮细胞的增殖及基底膜形成。考虑到软组织愈合过程中，成纤维细胞首先与材料表面接触，然后角化细胞沿成纤维细胞层向材料表面迁移，因此作者认为，纳米形貌有利于伤口愈合及组织修复。
    3）粗糙度
    粗糙度是影响细胞生物学行为的另一重要因素。有学者认为，不同粗糙度的种植体材料表面软组织整合无明显差异，结缔组织纤维走向均平行于两种材料表面。然而，也有学者得出了相反的结论，认为无论是钛还是钛锆合金，酸蚀处理后的种植体表面粗糙度增大，颈圈周围软组织内可见垂直胶原纤维数量增多，并改善了结缔组织附着。
    与上述体内研究不同，体外研究可以分别评估表面粗糙度对每种细胞类型的影响。研究表明，上皮细胞和成纤维细胞对种植体表面相似的形貌特征表现出了不同的生物学行为。多数学者认为，粗糙表面有利于成纤维细胞的粘附，但上皮细胞更偏爱光滑表面。Smallidge等发现，当Ra<0.127μm时，人牙龈上皮细胞增殖效果最佳。但粗糙度对软组织细胞的影响仍存在争议，与多数学者不同，Cho等及Zhou等则认为高度抛光的氧化锆（Ra=0.092μm）或钛表面（Ra=0.081μm）更有利于成纤维细胞粘附、铺展、应力纤维表达及基质沉积。
    另外，生物材料植入体内后的命运取决于细菌和宿主组织细胞在材料表面上的竞争结果。有学者将人牙龈成纤维与细菌共培养，结果发现，除了光滑表面（Ra<0.007μm），其他不同处理工艺的粗糙表面（机械加工、酸蚀、modSLA）上细菌的粘附均降低了成纤维细胞对材料表面的覆盖程度。
    综上，到目前为止，人们普遍认为一定程度的表面粗糙度有利于成纤维细胞粘附，而上皮细胞在光滑表面表现更好，但由于植体材料、表面处理方案、细胞培养方式和动物模型的差异，同时考虑到细菌与宿主的竞争关系，很难对粗糙度对软组织附着的影响做出明确的结论。
    4）亲水性
    决定软组织细胞行为的另一重要因素是表面自由能和表面亲水性。亲水性表面可促进骨整合，但对软组织整合影响的研究较少。目前口腔种植市场上的超亲水种植体表面处理工艺多为modSLA工艺，即酸蚀处理后氮气保护下清洗并保存在生理盐水中。多项体内及临床研究表明，这种处理工艺得到的亲水界面可以促进上皮细胞及上皮下结缔组织与种植体界面的附着，促进结缔组织血管化，促使胶原纤维垂直植体表面附着，同时减少菌斑生物膜的形成。
    甚至有学者认为，与粗糙度相比，亲水性对软组织整合及菌斑生物膜形成的影响更大。尽管种植体表面亲水性可能是建立良好的软组织封闭的关键因素，但值得注意的是，多数研究在实验设计时不可避免的地混杂了一些其他因素如表面形貌、粗糙度、表面化学成分的影响，因此很难确定亲水性这一单一因素与软组织整合的明确相关性。
    5）生物分子涂层
    宿主组织对种植体表面的反应是由细胞外基质或其他生物活性分子之间一系列相互作用介导的。因此，在种植体表面覆盖生物分子成为表面改性的一种重要方法。上皮细胞通过半桥粒和内层基板与种植体表面连接，其主要成分是层黏连蛋白332和整合素α6β4。有学者将层黏连蛋白332基因（LAMA3）组装到植体表面，其体内外研究发现，改性后的材料不仅可以促进上皮细胞的早期粘附，也增强了软组织封闭作用。
    I型胶原中含有生物粘附氨基酸序列，可作为配体与整合素α2β1结合，进而调控细胞粘附迁移等。研究表明，钛表面覆盖I型胶原促进了成纤维细胞的伸展粘附和增殖，同时，细胞分化、胞外基质形成及改建相关基因表达水平升高。另外，有研究表明，种植体表面沉积聚多巴胺可以促进成纤维细胞粘附及结缔组织附着。
    在口腔种植体修复过程中，穿龈部位形成良好的软组织密封区是预防细菌感染和实现种植体长期成功的重要条件。本文总结了口腔种植材料表面性状对建立良好的软组织附着的影响及最新研究结果。尽管学者们对如何提高种植体周围软组织附着提出了各种不同的解决方案，但由于各研究之间的研究设计（例如，不同的细胞类型、动物模型）、植入位置、不同改性方法及研究结果评估方法的差异，难以在以前的研究之间建立有效的比较，因此，目前为止，没有足够的证据证明某一种种植体材料表面设计能够与软组织形成牢固永久附着。
    此外，如何改进实验设计方案以便更明确地提供单个表面参数（如表面化学、表面形貌、粗糙度或亲水性）与生物反应的相关性是我们面临的另一个挑战。值得注意的是，纳米级拓扑结构的应用为建立种植体周围软组织密封提供了可能的解决方案，然而相关研究较为匮乏，需要进一步大量研究纳米形貌特征对种植体周围软组织整合的影响。