自体富血小板血浆对牙种植体周围组织再生的新进展

2018-9-5 10:09  来源:中国口腔种植学杂志
作者:许琳 陈昕 黄炎 阅读量:5347

    1.PRP简介

    20世纪70年代,PRP开始进入医学研究领域。1998年Marx等发现将PRP与移植骨联用可促进人体下颌骨骨密度增加,此后PRP作为一种具有极高再生潜力的生物支架材料,在口腔颌面骨缺损修复和种植体骨结合方面的应用得到极大发展。血小板血浆(platelet-rich plasma,PRP)作为最早使用的生长因子载体,PRP研究广泛而充分,特别是在种植领域,其可应用在种植术前骨缺损修复、上颌窦提升、种植同期骨结合以及预防或减少种植术后周围炎,促进种植体周硬组织和软组织的修复,以承受负载和咬,行使正常的咬功能,并达到良好的美学修复效果。

    根据在制备过程中是否保留白细胞层可分为两种,无白细胞血小板血浆又称富生长因子血浆(plasma rich in growth factors,PRGF)、纯富血小板血浆(pure platelet-rich plasma),另一种富白细胞血小板血浆(leucocyte-platelet plasma)。

    2.PRP对种植体周软硬组织的再生的研究新进展

    在口腔种植的组织工程中,种子细胞、生长因子和生物支架必不可少。PRP含高浓度的血小板、多种生长因子、纤维蛋白以及白细胞等,包括血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、转化生长因子(transforming growth factor-β,TGF-β)、血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、类胰岛素生长因子(insulin-like growth factor,IGF-1)和表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)等。这些蛋白都属于生长因子、趋化因子和细胞因子家族,纤维蛋白构成天然的三维支架,为种子细胞的增殖和分化提供良好的微环境,促进牙槽骨和牙龈软组织的再生。

    2.1骨组织再生

    种植体骨结合是种植成功的金标准,其在功能状态下能承受并传递载荷,在种植体初期稳定性及远期疗效方面有重要作用。PRP含有骨再生必要的生长因子,作为自体纤维蛋白胶系统,通过结合并缓慢释放多种生长因子,维持术区骨愈合生长因子浓度,进而促进骨再生。Hosgor等在羊下颌骨中联合PRP和成骨细胞培养后发现骨-种植体接触(bone-implant contact,BIC)显著提高。在体内实验方面,Cruz等将(adipose-derived stem cells,ADSC)联合PRP移植到犬皮质骨缺损模型中,观察到良好的骨生成和骨成熟,表明PRP作为ADSC的生物支架,并起到很好的骨诱导效应。

    Jiang等在TIO2纳米修饰的多空种植体表面应用PRP发现种植体周骨量增加,并且生物力学性能改善。Yun等通过在犬种植位点建立标准三壁骨缺损模型(4x4x4mm),12周后术中联用PRP、hydroxyapatite(HA)和BMMSCs实验组的骨密度和BIC率最高,组织学骨成熟率也高于其他组,但无统计学差异。同时,PRP可扭转病理状态下的骨质流失。Ocana等在预先对兔胫骨骺部射线照射(1727cGy)变为激惹状态后植入种植体,观察发现照射组的种植体成功率和BIC率明显降低,但添加了PRP的实验组骨量有显著性提高,促进了种植体与激惹状态骨的骨结合活动。PRP中两种对骨再生最重要生长因子有PDGF、TGF-β、BMP-2和IGF-1等。

    PDGF的丝裂原特性可促进骨髓基质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)的成骨向分化,同时促进骨髓基质干细胞、前成骨细胞和成纤维细胞等骨相关细胞迁移,通过提高Osterix基因和骨涎蛋白mRNAs的表达,从而促进骨组织的再生。Casati等发现PRP中的PDGF能够分泌趋化因子,促进肌动蛋白细胞骨架的构建,进而促进成骨细胞的移动。

    PRP通过释放PDGF、TGF-β和BMP-2等多种生长因子,分别激活相应的PI3K/AKT、Ras、Wnt/β-Catenin、Smad、TABI和RANK/RANKL/NF-κB等通路信号转导途径,合成分泌包括骨生成因子、化学趋化因子和肌动蛋白微丝等细胞因子,促成间充质细胞的成骨、成血管和成神经向分化,并有利于成骨细胞、血管内皮细胞、施旺细胞等的分化和成熟,从而在宏观上协调促进了骨改建、骨代谢、趋化迁移等生理活动的进行。ACVR2,activin type II receptor;RANK/RANKL,Receptor activator of nuclear factor-Κband its ligand.TGF-β则主要通过旁分泌和自分泌的形式与骨相关细胞表面受体结合,激活细胞信号转导通路,激活骨祖细胞(osteoprogenitor cell)的趋化作用,刺激成骨细胞和前成骨细胞的增殖,同时抑制破骨细胞的增值和生物学活性。

    Ortolani等在兔骨内种植体中在第4天和第12天观察到PDGF/IGF-1明显的增加骨量和促进骨改建的效果,单独使用PRP组则少有延迟。此外,BMP-2通过与细胞表面I型和II型BMP受体的结合,借助Smads蛋白将TGF-β信号从细胞表面受体传导至细胞内,启动特异性转录Runx2和Osterix基因的表达,进而促进诱导成骨细胞的分化和成熟。张波等发现在股骨头坏死的兔体内将PRP与BMSCs同时应用能产生协同作用,通过调节BMP-2/Smads信号通路,促进股骨头骨细胞增殖和分化,减少骨陷窝空缺率。Gomes等的系统评价也证明了BMP-2在成骨方面的作用,建议联用BMP-2、自体骨和PRP作为移植材料修复下颌标准骨缺损。

    PRP的促进成骨的作用可能还与抑制破骨细胞的功能有关,其中的生长因子通过释放骨保护素(osteoprotegerin,OPG)来降低RANKL水平。PRP中各种生长因子释放的动力学过程是当前研究的热点之一,许多学者通过体内研究检测生长因子随时间的浓度变化以及体外探究种植体表面生长因子的释放规律。Sanchez等发现PRP释放生长因子中,TGF-beta和PDGFs首先大量释放,前者在4天后无法检测,后者持续9天以上,VEGF的释放相对缓和,并持续时间较长,同时其总量和速率与激活剂和种植体表面形态有关。

    Rai等认为TGF-beta、PDGFs和IGF-1等因子的释放与纤维蛋白生物活性和基质降解有关。也有部分实验未发现PRP的促进种植体周骨再生的作用。Streckbein等通过犬动物试验未发现PRP促进种植体周骨重建和BIC率。Peng等甚至观察到PRP对兔种植体愈合的阻碍效果。分析原因可能是PRP制备方法和动物模型不同,制备方法也存在差异,过少或过多的生长因子都可能会对骨生成产生抑制作用,故未观察到明显的促成骨效应。另外有学者认为PRP抑制骨形成是由于抑制BMP2的免疫表达而促进TGF-β的免疫表达,前者缺乏成骨细胞的分化和成熟的促进因子,后者因促进纤维化而阻碍了骨形成。

    2.2软组织再生

    种植体周软组织包括血管、神经、纤维等,与种植体周牙龈、粘膜的愈合相关。种植后牙龈高度恢复不足、形态不良或牙龈退缩是影响种植效果的因素之一。良好的种植体周围上皮封闭会减少细菌侵入,进而降低种植体龈炎和牙周炎的风险。手术方法促进软组织的愈合会给病人带来二次手术的疼痛和麻烦,同时技术敏感性高,术后愈合效果不稳定。众多研究表明,PRP释放的各种生长因子能促进种植后牙龈纤维组织的形成,有效地对种植体形成生物密闭,为种植体周围组织再生提供良好的环境,并且使软组织的愈合在形态上达到美学修复的效果。体外试验证明PRP能够明显增加人牙龈成纤维细胞的增殖活性和迁移能力。Dugrillon等发现PRP可以促进患者缝合处软组织的愈合。

    Freymiller等发现在全厚皮片移植的受区应用PRP能够促进创口上皮化并减少疤痕、疼痛的产生。Lee等发现PRP能促进兔全层皮肤缺损区域纤维的增生和毛细血管的形成。Garcia等在经PRP处理的犬种植体模型中发现骨髓组织样结缔组织的形成。种植体周微结构的再生是一个有机统一、密不可分的过程,良好的骨结合可以促进血管、神经的生长,而血管、神经再生又能促进种植体周骨结合。PRP促血管、神经再生潜力的研究逐渐增多。

    2.3血管再生

    富血小板凝集物的骨和软组织的再生与良好的血运密切相关,新血管的形成对于骨组织再生具有重要的作用,良好的血液循环为骨愈合提供良好的环境,使运输营养、促进细胞代谢更加便利,也间接地保证后期骨改建的顺利进行。从而促进成骨作用。相反地,血供不足则会一定程度地抑制成骨细胞的活性。在促进血管再生方面,PRP释放的生长因子与血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)表面的受体相结合,引导增殖、分化和迁移,穿过血管内皮进入受损区域,促进血管的形成。李宁毅等通过对比实验发现PRP有助于使犬背部骨基质的钙化和血管化更完全。

    Yamada等在异位成骨实验中联合应用PRP与基质干细胞,表现出促血管生成效应。Kasten等发现在PRP与BMSCs联用修复兔标准桡骨缺损时也明显观察到新生血管的形成。Xian等发现PRP与成骨细胞及成纤维细胞联合培养后,VEGF浓度显著增加。VEGF作为PRP主要释放的生长因子之一,表现出较强的促血管生成的效果。

    2.4神经再生

    近年来,关于牙种植体周围本体感觉的研究日渐深入,种植体周神经反馈通路对咬系统的协调工作有重要作用。许多临床前实验证明PRP对周围神经再生有一定的作用。人们发现PRP及其纤维支架不仅有神经保护和促神经再生作用,还可以输送神经炎性介质,进而促进功能性感觉和运动神经肌单位的恢复。其释放的神经信号因子有亲神经性因子,如神经生长因子(nerve growth factor,NGF),骨衍生性生长因子(bone derived growth factor,BDGF),类胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor1,IGF-1),血小板源性生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)等,神经营养因子有纤维蛋白(febrin),纤连蛋白(febrinectin),玻连蛋白(vitronectin)等。

    PRP参与种植体周神经再生可能的机制尚不明确,目前研究表明PRP促神经再生的机制主要有三方面,分别是释放多种细胞因子形成具有允许和神经诱导作用的微环境,促进血管生成、促进BMSCs向施旺细胞(SC)的增殖分化并促进轴突末端的发育。但多数学者认为PRP中的多种生长因子可能通过PI3K-Akt和Ras/细胞外调控激酶的信号通路启动神经相关基因的转录,调节神经前体细胞和神经改建过程。PRP不但可释放具有神经营养功能的生长因子,还能促进BMSCs向施旺细胞(schwann cells,SC)的增殖分化。TGF-β作为体内一种多功能基础抗炎因子,在参与体内炎症反应和软硬组织修复的同时,也为一些神经生长因子发挥生理作用提供保证。

    夏长所等发现PRP能促进BMSCs向SC的分化,经PRP诱导后的BMSCs在体内具有SC的部分功能。Huang等在组织学上观察到种植体周轴突和有髓神经纤维的存在,并且均不同程度受到外界机械应力刺激的调控,提出即刻植入和即刻加载方案可优化种植体周围神经再生的治疗方案。

    3.PRP的临床研究新进展

    PRP凭借其再生能力和安全性等优势,已在牙拔除术、牙周手术、牙种植术和药物性颌骨坏死等口腔手术中得到广泛应用。目前,种植术前骨量不足、牙槽嵴缺损以及术后周围炎是种植修复中的常见问题,联用PRP可以取得良好的临床效果。

    3.1上颌窦提升术

    上颌窦提升术是保证种植体良好固位性和稳定性的重要手术方法。PRP的联用一定程度上在骨量增加和软组织愈合方面展现出良好的效果。Taschieri等通过持续3年的临床随机对照试验发现PRP与短种植体(6.5-8.5mm)联用比上颌窦提升的长种植体(10mm以上)的新骨形成率更高,但无统计学意义。同时,Taschieri等通过前瞻性临床试验发现PRGF与短种植体联用在上颌窦提升中种植体周骨吸收率降低,但无统计学意义。许多学者在不断探索上颌窦提升的组织工程中个性化最佳方案。

    Taschieri等发现PRP与双相磷酸钙联用或去矿化牛基质骨联用在上颌窦提升中均表现出较高的新骨形成率(18.6%和21.9%),并在PRP与双相磷酸钙组中观察到更多的I型胶原。Schwartz等通过长达137月的回顾性试验提出覆盖骨移植(onlay bone grafting,OBG)方案在治疗严重下颌骨缺损的疗效,即骨移植物与Bio-oss骨粉、PRP联用,表面再覆盖PPP膜。

    Ogawa等发现在上颌窦提升中PRP联合自体骨膜细胞比联合自体骨移植有更明显的促进新骨形成的作用,皮质骨和松质骨都有明显增多,放置种植体时的插入转矩(insertion torque)也有提高。但也有部分研究未发现PRP的促进作用。Abdalla等认为骨移植物中是否添加PRP对种植体失败率和并发症发生率的改变无统计学意义。Lemos等通过meta分析种植体稳定性、边缘骨丧失、牙槽嵴顶高度等发现PRP对上颌窦提升术中种植体的骨形成和留存率无影响。而Avila等的系统评价表明PRP联合自体骨移植物仅在第六个月表现出良好的促进上颌窦提升的效果。

    Kumar等则发现PRP联合自体骨移植促进上颌窦提升中,术后和6个月的牙槽嵴高度有显著性提高,但1年后则与对照组使用自体骨和自体静脉血液的效果无差别。故PRP在上颌窦提升中的效果需进一步明确。

    3.2位点保存术

    牙周病、外伤等都会造成患者牙槽骨缺损,严重影响种植体植入的成功率,GBR通过联用PRP可重建缺失部位的结构和功能,恢复相应牙槽嵴的高度和宽度。Eskan等通过临床随机对照试验发现与同种异体松质骨联用的PRP可以使无牙患者的牙槽骨嵴宽度增加,骨丧失减少。Ntounis等通过临床随机对照试验发现在拔牙后位点保存术中联合PRP的矿化冻干异体骨具有促进骨质从D4向D3和D2的转化,并且降低了残余骨移植颗粒,进而减少愈合时间。

    Hatakeyama等发现等通过在拔牙后联用PRP和牛来源羟磷灰石后发现术后第3个月影像学骨密度显著增加,但术后第1个和第6个月无显著性差异。

    3.3即刻种植

    临床随机对照实验表明PRP在即刻种植术中也表现出良好的效果。ArRejaie等发现PRP联合牛来源移植骨可改善即刻种植体的骨密度和边缘骨水平,进而降低种植体周骨开裂的风险。Kundu等在种植同期添加PRP在骨高度改变方面并未发现有统计学意义的差异,但PRP与方形螺纹(square thread-form)种植体与反向支持螺纹(reverse buttress thread-form)的种植体相比可以更有效地提高种植体初期稳定性。在全口种植体支持式的义齿修复中,PRP与去蛋白牛移植骨联用恢复种植体颊侧骨板高度,进而减少了悬臂,增强了全口义齿的稳定。Taschieri等通过随访长达五年的回顾性研究证明了PRP的中长期效果。

    3.4其他

    种植体周围炎是种植术后常见并发症,是致使种植失败的主要原因之一。PRP通过及时有效地形成稳定的血凝块,形成良好的上皮袖口,减少细菌的进入。除此以外,在PRP释放的生长因子中,TGF-β发挥良好的抗炎作用,能有效的预防种植体周围炎的发生。Weibrich等在兔种植体骨再生实验中发现PRP应用后种植体周围炎的发生率降低。徐淑兰等发现在治疗种植体周围炎患者骨缺损应用PRP能够促进种植体周骨量的增加,提高种植体的保留率。同时,在有基础疾病(如骨质疏松、糖尿病等)的患者行种植牙手术,联用PRP可以降低风险,促进初期稳定性和远期成功率。Mozzati等通过大规模的队列研究发现在接受双膦酸盐药物治疗的患者中行牙种植手术时辅助应用PRGF可以降低种植体失败率,并且在120个月的随访中无双磷酸盐型颌骨坏死,这提示我们PRP可以降低骨质疏松女性不良反应的发生率,辅助应用组织工程方法促进愈合。

    Ibraheem等通过分口试验对糖尿病患者使用具有平台转移的种植体修复缺牙,一侧添加PRP,另一侧未添加,两侧骨高度均增加但无统计学差异。在种植修复中,获得良好的牙龈高度是医生关注的重点之一。Menezes等在牙槽骨牵张成骨的临床随机对照试验中发现应用PRP可降低菌斑指数和牙龈指数,表明PRP对软组织的保护作用。PRP在维持牙周健康方面也有一定的效果。

    4.问题与展望

    目前,PRP的疗效和临床应用方案仍然存在一定的问题,部分临床和临床前研究发现PRP并没有明确促成骨作用,其促进成骨的最适作用条件、生长因子的浓度释放曲线和作用区域还需明确。此外,由于PRP的制备方法尚无统一的标准,不同的制备方法和联用方案,会导致血小板和生长因子的浓度、酸碱度、激活过程和生长因子的释放曲线出现一定差异,而这也可能是导致部分实验结果出现矛盾的原因,不同的生长因子促进血管和神经再生的潜力以及协同交互作用也有待进一步探究。目前,新一代PRP产物,如富血小板纤维蛋白(platelet-rich fibrin,PRF)和浓缩生长因子(concentrated growth factor,CGF)各具特点,逐渐成为一类再生性治疗方法。本综述系统的回顾了自体PRP在牙种植体周围组织再生方面的临床应用和内在机制,重点论述了PRP的历史现状和研究新进展,值得深入探索其个性化的治疗方案。

编辑: 陆美凤

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