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PDLLA材料在口腔颌面外科领域中的应用进展

2019-05-01 00:01:23
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作者:柴红波,毛敏,十堰市太和医院(湖北医药学院附属医院)口腔医学中心

坚强内固定术是口腔颌面外科常见的手术方式,无论是颌面部骨折、颌骨肿瘤还是正颌外科都会涉及到。传统的坚强内固定术常采用小型钢板和螺钉作颌骨骨折处或骨缺损植骨处的骨间固定,由于其固位的牢固稳定性可靠,一直以来被口腔颌面外科医生所青睐。

随着科技的进步,颌面部骨折的材料经历了钴铬合金,铬镍合金到钛合金夹板几个阶段。上个世纪80年代以来随着钛板的应用,金属内固定系统的组织相容性得到了很大改善,但国内外有大量研究报道认为金属内固定系统仍有缺陷:机械性能方面金属材料与骨相差较大,应力分布不均,受力情况下金属固定板与骨产生松动甚至脱位;因为应力遮挡效应,金属材料可导致骨质疏松或骨萎缩,可引发二次骨折。

二次手术取出金属材料,更增加了患者的痛苦。有可能妨碍儿童患者颅面骨的发育。金属内固定系统在正颌外科使用中同样也有类似缺陷。于是,众多学者研究寻找一种材料:有金属内固定材料的优点,匹配骨组织的机械性能;出色的组织相容性和溶解性,避免二次手术取出。因此,聚内消旋聚乳酸(Poly-D,L-lactide,PDLLA)材料的研究发现使其很快在口腔颌面外科手术中得到广泛的应用。由PDLLA材料所衍生的新型复合材料在不断的开发和改进中,其在医学领域中的使用也越来越普遍。

1.PDLLA在骨组织工程中应用进展

随着医疗技术的不断进步,越来越多的人工替代物被植入了人类体内用来修复或置换损坏的组织和器官。PDLLA材料由于其较好的生物相容性和降解性,被广泛应用于临床骨折固定物或骨缺损的植入物的骨组织工程材料的开发和研制,是当前医学上应用最多的合成可降解聚合物之一。

PDLLA材料的生物学特性——PDLLA材料是临床应用最多的被美国FDA认可的聚乳酸可降解材料的一种。PDLLA是非晶态无定形的聚乳酸类高分子,属于外消旋聚合物,无光学活性,分子量半衰期是3~12周。PDLLA在人体内最终降解为二氧化碳和水,对人体无毒无害,适用于作药物的载体。单纯的PDLLA材料虽然具有良好的生物相容性和可降解吸收性,但也存在以下几个问题:①PDLLA材料的化学结构缺乏反应官能基因致其亲水性不够,细胞不容易黏附性;②PDLLA材料的降解产物偏酸性,影响细胞的生长;③纯PDLLA材料其机械强度和持续的时间不足,难以作为骨组织工程支架材料。因此,采用单纯的PDLLA材料应用医学领域会受到一些不可避免的限制,而针对其缺陷采取优良互补的PDLLA类复合材料的研究越来越引人注目。

2.PDLLA在骨组织领域复合应用现状

骨组织工程材料开发研究领域中,针对PDLLA材料不具有骨传导性,修复骨缺损的速度慢,强度不够等缺陷,经常会配合使用一些具有良好的组织相容性、骨传导性和骨生物活性的材料形成复合材料。

近几年,研究发现复合材料可以弥补单一材料的缺陷,发挥协同效应,使PDLLA材料在临床中的修复能力得到显著提高。肖素光等采用有高空隙的HA做生物陶瓷支架,并采用不同浓度的聚乳酸(PDLLA)溶液涂覆网状HA支架上通过扫描电镜观察和力学测试发现涂覆一定量的PDLLA涂层可以显著提高网状HA生物陶瓷支架的抗压强度,同时保持网状陶瓷支架的贯通性和孔隙率,随着PDLLA浓度的增加涂覆量有所增加支架承受载荷的能力预计会明显增强。

针对PDLLA讲解产物不利于细胞生长的缺点,目前,很多研究发现将具有富含生物活性骨形成蛋白类有机成分和PDLLA形成复合材料。既能避免骨形成蛋白类有机物的被生物体内快速吸收,又能发挥其高效骨诱导活性作用,大大提高了富含PDLLA成分的复合材料的成骨能力。Wildemann等通过在PDLLA材料上添加外源性重组人骨形成蛋白-2(rhBMP-2)因子发现,随着PDLLA在体内的降解rhBMP-2逐渐被释放出来,刺激周围成骨细胞的分化和成骨。

将PDLLA作为药物载体的研究也是近期生物工程领域研究的热点,利用PDLLA的生物相容性和降解性将抗菌药物带到局部,使其较长时间内维持体内药物的有效浓度。唐良华等采用PDLLA作为载体,在钛合金板基体表面制备携带万古霉素的PDLLA抗感染涂层,植入动物体内通过全身毒性、热源和溶血等试验发现其各项生物学指标均合格,具有生物学安全性。通过生长因子加快局部组织创伤的愈合也是外科中研究的热点之一。Fuchs等通过建立结肠吻合术的大鼠模型,发现采用涂有生长因子的PDLLA缝合线与单纯PDLLA涂层的缝合线相比,前者缝合区域的活性生长因子量较后者多,可以说明前者可以刺激机体加快局部组织愈合过程。

3.PDLLA在口腔颌面外科的临床应用

3.1PDLLA作为固定物在颌面部骨折手术中的应用

坚强内固定不需颌间固定,患者有张闭口功能,便于口腔卫生和早期功能锻炼,是口腔颌面部骨折采用手术方式。由于口腔颌面骨折常发生的部位空间较小,涉及到颌面部的美容问题经常会要求切口范围尽量安排在隐蔽区,尽量减少创口,这就大大增加了颌面部骨折安放固定板和取固定板的难度。作为传统金属固定器的替代物,而PDLLA类可吸收材料的使用避免了二次手术,大大降低了手术风险和减少了手术后的并发症。

Pietrzak等通过对大量文献进行回顾性分析,总结出在口腔颌面外科外伤需要坚强内固定术的患者中,建议推荐使用可吸收内固定材料的临床适应证包括:下颌骨骨折的内固定术、LeFort骨切开术、下颌支矢状劈开术、小儿颅重建术等。Kim等通过对大量的正颌手术患者进行对比研究后,认为可吸收材料在固定强度效果及生物相容性上可以代替钛合金类固定材料;在一定程度上其还认为对于儿童正颌手术更倾向于采用可吸收材料。

Yerit等认为儿童颌面骨部的骨折和颅骨骨折的固定材料尽量采用可吸收材料。对于面中份骨折如上颌骨、颧骨骨折及部分正颌外科手术的固定材料的选择上,Johan等通过临床研究认为可吸收内固定材料也可获得与微型钛板相同的固定效果。Bergsma等通过大量临床研究后发现下颌骨的线性骨折只要无移位、咬合关系无明显错乱,采用可吸收性PDLLA完全可以满足固位效果;但单侧颏孔区骨折最好是相对延长内固定时间;而下颌骨的多发性、粉碎性骨折或伴有骨质缺损以及髁状突的骨折,并不赞成使用可吸收内固定材料。

殷仲达等认为对颌面部骨折断端有移位及咬合关系紊乱的患者,如果考虑使用可吸收性固定材料,术前最好行颌间固定,结合颌面部骨质的解剖特点认为术中尽量垂直骨面钻,尽量避免多次多方向钻孔,深度应与螺钉等长或稍长1~2mm。

3.2PDLLA作为成骨物在口腔颌面部骨缺损手术中的应用

临床上颌面外科创伤、感染、肿瘤切除及发育异常均可导致颌面骨缺损,自体骨移植有时存在骨源不足的问题,并且会增加新的创口,而异体骨移植有传播疾病的潜在危险。所以长期以来,学者们一直寻找骨缺损的修复和替代理想材料。天然材料具有良好的生物活性并且通常不会引发受体的免疫排斥反应,可是不易被提取和加工;脂肪族聚酯类材料虽然具有良好生物相容性且容易被加工,在人体内可降解,但生物活性不好并容易导致受体排斥反应。

Kim等报道将化学合成的高分子材料与天然材料复合在一起进行组织工程研究,发现它们不但可以很好的结合在一起,而且可起到优良互补的作用。Bordei采用在PDLLA基体材料上添加血小板衍生的生长因子(PDGF),将形成的复合材料用于骨组织缺损的SD大鼠模型上观察其对骨组织愈合的影响作用,结果发现其周围成骨细胞增殖活跃,X线检查发现骨痂形成也较对照组快。

国内有学者研究发现将羟基磷灰石(HA)与PDLLA形成复合材料后抗压强度和弹性模量等物理性质与人类骨相似,认为PDLLA/HA能有效地促进颌面骨缺损早期血管生成的作用,对颌骨的再生起到了重要作用。Weiss等通过组织学观察还发现PDLLArhBMP复合材料修复的骨缺损区新生骨骨小梁排列紊乱,不同于正常的下颌皮质骨结构,而空白组表层的骨组织有许多未成熟的编织骨,骨胶原纤维紊乱层次不清,仍可见明显缺损。

4.PDLLA口腔种植外科的应用研究

种植修复术在口腔医学领域快速发展,加快种植体与牙槽骨的骨结合是目前种植外科研究的热点。近来国内外均有学者报道PDLLA复合材料作为种植体周涂层可以获得较理想效果。Jensen等学者将50%体积的HA纳米粒子和PDLLA涂敷在钛种植体上植入在绵羊的肱骨上,结果发现添加PDLLA/HA复合涂层的种植体骨组织和植入固定的量化参数好于对照组,说明其具有增加种植体骨整合的作用。

Heidemann等将PDLLA/rhBMP-2作为涂层应用到钛种植体周围并将其种植到雄性Beagle犬胫骨上,结果发现特别是在种植体植入的愈合早期,PDLLA/rhBMP-2组的种植体骨结合剪切力明显强于其它组;种植体植入后的8周,通过荧光标记检测发现PDLLA/rhBMP-2组新骨的形成明显多于其他组。PDLLA/rhBMP-2具有促进种植体周围成骨细胞成骨的作用,可以加快种植体的骨结合。

5.PDLLA口腔牙周外科的应用研究

引导组织再生术(guided tissue regenertion,GTR)是牙周病常用的治疗方法。临床中用于牙周GTR材料的有可吸收和不可吸收两种。可吸收的GTR类主要是聚乳酸类。Hosbino等采用PDLLA膜在动物体内行牙周实验,发现其在引导牙周组织再生方面与目前临床常用的Vicryl膜有相似的作用。当然,相关PDLLA应用于临床牙周的GTR是否有效果还处于少数动物实验阶段,尚缺乏大量的实验论证,其制作工艺也有待大量研究探索。PDLLA因其特有物理性能和良好的生物相容性,其被研制的各种新型复合材料将会越来越多地应用到口腔颌面外科领域中。

来源:柴红波,毛敏.PDLLA材料在口腔颌面外科领域中的应用进展[J].临床口腔医学杂志,2018,34(11):700-702.


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