人牙骨移植材料修复兔胫骨缺损形成新骨的抗压强度

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0873

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (18): 2831-2835.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0873

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人牙骨移植材料修复兔胫骨缺损形成新骨的抗压强度

方明¹，王稚英²，才路²

¹渤海大学教育学院，辽宁省锦州市 121004；²锦州医科大学附属第二医院口腔种植中心，辽宁省锦州市121001

收稿日期:2018-05-16 出版日期:2018-06-28 发布日期:2018-06-28
通讯作者: 王稚英，教授，锦州医科大学附属第二医院口腔种植中心，辽宁省锦州市 121001
作者简介:方明，女，1964年生，辽宁省北镇市人，满族，1994年北京师范大学毕业，硕士，教授，主要从事生物力学方面的研究。
基金资助:
辽宁省省直医院改革重点临床科室诊疗能力建设项目(LNCCL-C10-2015)；锦州市科技局科研课题(15A1D33)

Compressive strength of the newly formed tibia after repair with human tooth bone graft

Fang Ming¹, Wang Zhi-ying², Cai Lu²

¹College of Education, Bohai University, Jinzhou 121004, Liaoning Province, China;²Center of Dental Implant, the 2^nd Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, Liaoning Province, China

Received:2018-05-16 Online:2018-06-28 Published:2018-06-28
Contact: Wang Zhi-ying, Professor, Center of Dental Implant, the 2nd Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, Liaoning Province, China
About author:Fang Ming, Master, Professor, College of Education, Bohai University, Jinzhou 121004, Liaoning Province, China
Supported by:
the Liaoning Provincial Hospital Reform Project for Clinical Diagnosis and Treatment, No. LNCCL-C10-2015; the Scientific Research Project of Jinzhou Municipal Science and Technology Department, No. 15A1D33

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

牙骨移植材料：将自体或异体的牙齿清洗，去除表面牙垢、牙周膜，开髓，去除牙髓，锤击敲碎，筛孔过滤成直径150-500 μm的颗粒，应用真空超声波牙齿脱矿加速器酸处理脱矿，形成牙骨移植材料，用于牙种植区骨缺损或其他骨缺损的修复。

新骨的抗压强度：抗压强度是指外力施压力时材料的强度极限。不同骨移植材料植入骨缺损后形成新骨的抗压强度对牙种植体与新骨的骨结合具有重要意义，新骨的抗压强度是通过最大抗压力和刚度来表达的，新骨的最大抗压力与刚度是决定新骨强度和质量的重要因素。

背景：国外已有将自体牙骨移植材料用于修复牙种植区骨量不足，但形成新骨的强度和质量的研究国内外报道较少。

目的：探讨人牙骨移植材料植入兔胫骨缺损形成的新骨的抗压强度。

方法：①取患者遗弃的完整正畸拔除牙、松动磨牙、双尖牙制备人牙骨移植材料；②利用环形骨锯制作2个直径5 mm的胫骨洞穿性骨缺损兔模型，分别设为牙骨移植材料组和牛骨移植材料组，植入人牙骨移植材料和市售牛骨移植材料，以未损伤部位作为对照组。

结果与结论：牙骨移植材料组修复兔胫骨缺损形成新骨的显微结构明显比牛骨移植材料组完整，且新骨的最大抗压强度和刚度均大于牛骨移植材料组。说明牙骨移植材料修复兔胫骨缺损形成新骨的效果优于牛骨移植材料。

ORCID: 0000-0003-4229-5276(王稚英)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 牙骨移植材料, 最大抗压力, 刚度, 骨缺损, 牛骨移植材料, 兔, 胫骨, 牙种植, 生物材料

Abstract:

BACKGROUND: Human tooth bone graft has been used for bone deficiency in dental implantation, but the strength and quality of newly formed bones with human tooth bone graft are in need of sound investigation.

OBJECTIVE: To investigate the compressive strength of newly formed rabbit tibia after repair with human tooth bone graft.

METHODS: Orthodontic teeth, loose molars, bicuspid premolars extracted from patients were taken to prepare human tooth bone grafts. Human tooth bone graft and bovine bone graft were independently placed into the rabbit tibia defects of 5 mm in diameter. Non-injured site served as control group.

RESULTS AND CONCLUSION: The newly formed rabbit tibia after repair with human tooth bone graft had more intact microstructure and higher maximum compressive strength and stiffness relative to that after repair with bovine bone graft. These findings indicate human tooth bone graft is superior to bovine bone graft in the repair of tibia defects in rabbits.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Dental Implantation, Tibia, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

方明，王稚英，才路 . 人牙骨移植材料修复兔胫骨缺损形成新骨的抗压强度[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(18): 2831-2835.

Fang Ming, Wang Zhi-ying, Cai Lu. Compressive strength of the newly formed tibia after repair with human tooth bone graft[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(18): 2831-2835.

图/表（结果） 3

参考文献

[1] Maridati P, Dellavia C, Pellegrini G, et al. Histologic and Radiographic Comparison of Bone Scraper and Trephine Bur for Autologous Bone Harvesting in Maxillary Sinus Augmentation. Int J Oral Maxillofac Implants. 2015;30(5): 1128-1136.

[2] Sakkas A, Wilde F, Heufelder M, et al. Autogenous bone grafts in oral implantology-is it still a "gold standard"? A consecutive review of 279 patients with 456 clinical procedures. Int J Implant Dent. 2017;3(1):23.

[3] Demetter RS, Calahan BG, Mealey BL. Histologic Evaluation of Wound Healing After Ridge Preservation With Cortical, Cancellous, and Combined Cortico-Cancellous Freeze-Dried Bone Allograft: A Randomized Controlled Clinical Trial. J Periodontol. 2017;88(9):860-868.

[4] Baldan RCF, Coracin FL, Lins L, et al. Atrophic Maxilla Reconstruction With Fresh Frozen Allograft Bone, Titanium Mesh, and Platelet-Rich Fibrin: Case Report. Transplant Proc. 2017;49(4):893-897.

[5] Susin C, Fiorini T, Lee J, et al. Sinus augmentation using a mini-pig model: Effect of ceramic and allogeneic bone biomaterials. J Clin Periodontol. 2017;44(10):1059-1066.

[6] Daga D, Mehrotra D, Mohammad S, et al. Tentpole technique for bone regeneration in vertically deficient alveolar ridges: A prospective study. J Oral Biol Craniofac Res. 2018; 8(1): 20-24.

[7] Draenert FG, Gebhart F, Mitov G, et al. Biomaterial shell bending with 3D-printed templates in vertical and alveolar ridge augmentation: a technical note. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 2017;123(6):651-660.

[8] Nery JC, Pereira LAVD, Guimarães GF, et al. β-TCP/HA with or without enamel matrix proteins for maxillary sinus floor augmentation: a histomorphometric analysis of human biopsies. Int J Implant Dent. 2017;3(1):18.

[9] Silva LD, de Lima VN, Faverani LP, et al. Maxillary sinus lift surgery-with or without graft material? A systematic review. Int J Oral Maxillofac Surg. 2016;45(12):1570-1576.

[10] Dos Santos PL, de Molon RS, Queiroz TP, et al. Evaluation of bone substitutes for treatment of peri-implant bone defects: biomechanical, histological, and immunohistochemical analyses in the rabbit tibia. J Periodontal Implant Sci. 2016; 46(3):176-196.

[11] Oshida Y, Tuna EB, Aktören O, et al. Dental implant systems. Int J Mol Sci. 2010;11(4):1580-1678.

[12] Masoudi Rad M, Nouri Khorasani S, Ghasemi-Mobarakeh L, et al. Fabrication and characterization of two-layered nanofibrous membrane for guided bone and tissue regeneration application. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;80:75-87.

[13] Santana RB, Santana CM, Dibart S. Platelet-Derived Growth Factor-Mediated Guided Bone Regeneration in Immediate Implant Placement in Molar Sites with Buccal Bone Defects. Int J Periodontics Restorative Dent. 2015;35(6):825-833.

[14] Koh KS, Choi JW, Park EJ, et al. Bone Regeneration using Silk Hydroxyapatite Hybrid Composite in a Rat Alveolar Defect Model. Int J Med Sci. 2018;15(1):59-68.

[15] Lee SH, Moon JH, Jeong CM, et al. The Mechanical Properties and Biometrical Effect of 3D Preformed Titanium Membrane for Guided Bone Regeneration on Alveolar Bone Defect. Biomed Res Int. 2017;2017:7102123.

[16] Kim DM, Hong H, Lin JC, et al. Evaluation of the Bone-Regenerating Effects of Two Anorganic Bovine Bone Grafts in a Critical-Sized Alveolar Ridge Defect Model. Int J Periodontics Restorative Dent. 2017;37(4):e234-e244.

[17] Wang M, Li H, Si J, et al. Amniotic fluid-derived stem cells mixed with platelet rich plasma for restoration of rat alveolar bone defect. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2017; 49(3):197-207.

[18] Srivastava R, Verma PK, Tripathi V, et al. Management of Oehlers Type II Dens in Dente with Open Apex and Alveolar Bone Defect. J Clin Diagn Res. 2016;10(11):ZJ05-ZJ06.

[19] Du F, Li B, Yin N, et al. Volumetric Analysis of Alveolar Bone Defect Using Three-Dimensional-Printed Models Versus Computer-Aided Engineering. J Craniofac Surg. 2017;28(2): 383-386.

[20] Choi YJ, Huh JK, Chung CJ, et al. Rescue therapy with orthodontic traction to manage severely impacted mandibular second molars and to restore an alveolar bone defect. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2016;150(2):352-363.

[21] Shyu SS, Fu E, Shen EC. Clinical and Microcomputed Topography Evaluation of the Concentrated Growth Factors as a Sole Material in a Cystic Bony Defect in Alveolar Bone Followed by Dental Implantation: A Case Report. Implant Dent. 2016;25(5):707-714.

[22] Liang Y, Wen L, Shang F, et al. Endothelial progenitors enhanced the osteogenic capacities of mesenchymal stem cells in vitro and in a rat alveolar bone defect model. Arch Oral Biol. 2016;68:123-130.

[23] Wang T, Wu D, Li Y, et al. Substance P incorporation in calcium phosphate cement for dental alveolar bone defect restoration. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016;69: 546-553.

[24] 王媛,王稚英,王明.同种异体牙源性骨移植材料修复兔颅骨缺损的实验研究[J].中国医科大学学报,2016,45(12):1082-1085.

[25] 樊仕才,朱青安,王柏川,等.椎骨密度与抗压强度的关系及临床意义[J].中国解剖学杂志,2001,19(1):74-76.

[26] 中华人民共和国科学技术部.关于善待实验动物的指导性意见. 2006-09-30.

[27] 杜尧,柯珍勇.不同比例脱钙骨基质颗粒和骨水泥复合物修复兔股骨骨缺损[J].中国组织工程研究与临床康复杂志, 2009, 13(21):4064-4068.

[28] 胡庆柳.仿松质骨的胶原/纳米羟基磷灰石人工骨治疗免股骨头坏死的动物实验[J].中国组织工程研究与临床康复杂志, 2009, 13(21):4093-4097.

[29] 张志愿.口腔颌面外科学[M].7版.北京:人民卫生出版社,2012.

[30] 于世凤.口腔组织病理学[M].7版.北京:人民卫生出版社,2014.

引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点实验于2016年5至12月在锦州医科大学附属第二医院科学实验中心完成人牙骨移植材料制备和动物实验，2016年12月至2017年1月在辽宁工业大学材料科学与工程学院完成抗压强度检测。

1.3 材料 ①临床上患者的完整正畸拔除牙、松动磨牙、双尖牙，实验获得患者的知情同意；②体质量为(2.5±0.5) kg的健康新西兰大耳白兔20只，雌雄不限，由锦州医科大学实验动物中心提供，许可证号：SCXK(辽)2014-0004。实验动物的饲养、手术及处理严格按照国家科技部颁发的《关于善待实验动物的指导意见》^[26]，并经锦州医科大学伦理委员会批准；③海奥®骨修复材料购自烟台正海生物科技股份有限公司，为小牛松质骨经过一系列脱细胞、脱脂处理后制成的生物骨基质，保留了其天然的三维多孔结构，主要成分为羟基磷灰石和胶原蛋白。

1.4 方法

1.4.1 动物分组将锦州医科大学伦理委员会批准的实验兔20只，共40个胫骨。每个胫骨钻2个孔，分别设为牙骨移植材料组和牛骨移植材料组，以牙骨和牛骨移植材料进行填充，以未损伤部位为对照组。

1.4.2 牙骨移植材料的制备将临床上收集的15-60岁患者同意放弃的完整正畸拔除牙、松动磨牙、双尖牙清洗，高速手机去除污染物和牙石，用高速裂钻开髓，去除牙髓组织，将牙齿用专用工具敲击粉碎，筛孔过滤成直径 150-500 μm 的颗粒，应用真空超声波牙齿脱矿加速器(韩国VacuaSonic公司)牙骨移植材料加工设备和试剂的说明进行操作，制备人牙骨移植材料备用(图1)。

1.4.3 动物模型的制作和骨移植材料的植入实验动物适应性饲养3 d后，以体积分数10%水合氯醛(3.5 mL/kg)耳缘静脉麻醉后，将动物固定在手术台上，暴露胫骨，胫骨以环形骨锯制作2个直径5 mm的胫骨洞穿性骨缺损(图2)，分别植入牙骨移植材料和牛骨移植材料(海奥公司)，分层缝合，皮肤创口碘伏消毒，外置消毒辅料。实验动物苏醒后，放入实验室笼内饲养，术后7 d肌注青霉素20×10⁴ U，2次/d以预防创口感染。

1.4.4 新骨标本获得造模后8和12周，取牙骨移植材料组和牛骨移植材料组动物，用直径5 mm环形骨锯获得直径5 mm的标本，裸眼观察新骨形成状况。然后将标本固定于40 g/L多聚甲醛溶液中，以备最大抗压力和刚度的检测。对照组正常兔胫骨由于松质骨多，抗压强度主要依靠坚硬的皮质骨，因此采用皮质骨连接的5 mm长水平锯开骨块进行力学检测。

1.4.5 苏木精-伊红染色观察将各组新骨制作4.0- 5.0 μm的组织切片，梯度乙醇脱水，苏木精-伊红染色，Leica光镜下观察。

1.4.6 生物力学性能测量取各组的直径5mm新骨标本，以及直径5 mm健康兔胫骨标本应用万能试验机(长春试验机研究所)测验新骨标本最大抗压力和刚度^[25^，^27-28]。距离 5 mm，以5 mm/min的加载速率进行抗压最大抗压力和刚度试验，标本出现压缩、断裂或粉碎则停止试验^[25]。

1.5 主要观察指标新骨骨小梁的形成和骨基质的沉积以及新骨最大抗压力和刚度。

1.6 统计学分析应用统计软件SPSS 17.0进行统计学分析，多组间比较采用单因素方差分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

按照密质骨和松质骨含量比例及松质骨疏密程度，将颌骨质量分为4个级别，Ⅰ级几乎为密质骨，Ⅳ级几乎为松质骨^[26]，Ⅱ级和Ⅲ级骨最适合牙种植体的植入，形成的牙种植体-骨结合效果最佳。适宜的牙槽骨最大抗压力和刚度有利于牙槽骨与牙种植体的骨结合和更好的发挥咀嚼功能。

影响牙槽骨最大抗压力和刚度的主要因素包括局部矿物质含量、骨小梁的排列和疏密情况、骨皮质的完整性等^[25]。正常的牙槽骨由于牙齿的存在和咀嚼功能的生物力学刺激，Ⅱ级和Ⅲ级骨居多，骨小梁排列均匀。当患者牙齿缺失时间较长，局部软硬组织缺乏生理性刺激，缺牙区牙槽骨会出现不同程度的骨萎缩和骨密度降低，特别是女性在更年期后缺牙更容易造成局部牙槽骨的最大抗压力和刚度降低。

应用屏障膜和骨移植材料形成的诱导骨再生技术在牙种植体植入区骨缺损的修复与重建中发挥重要作用^[5-9]，前、后牙的即刻种植，延期即刻种植、位点保存以及上颌窦底内外提升方面均离不开屏障膜和骨移植材料。在口腔种植临床实践中发现，正常拔牙窝的骨愈合在3个月后即刻获得很好的骨密度和强度，然而，牙槽骨较大缺损区的位点保存，以及上颌窦底到牙槽嵴顶距离不足2 mm的严重上颌窦萎缩患者的上颌窦底外提升术后良好骨密度和抗压强度的新骨形成，往往需要6个月至1年的时间，甚至更长的时间。如果愈合时间不足，新骨的最大抗压力和刚度不足常常使牙种植体因咀嚼力过大引起松动、脱落，或种植义齿修复后发生种植牙松动、移位的风险增大。

在人骨的组织结构中，羟基磷灰石和磷酸钙等无机成分占70%左右，而在人牙齿组织结构中，除牙髓外，牙釉质中羟基磷灰石和磷酸钙等无机成分占超过90%，牙本质和牙骨质中羟基磷灰石和磷酸钙等无机成分与骨组织相似^[27-30]，因此，去除牙髓后，牙齿中羟基磷灰石、磷酸钙等无机成分明显高于骨组织，有机成分少，抗原排斥性低，是很好的骨移植材料来源。失去牙髓营养的根管治疗后牙齿可以长期存在并发挥咀嚼功能，说明牙齿与骨组织具有很好的相容性。近年来国际口腔种植界开展的前牙牙根屏障技术，说明失去血管营养的牙齿可以与牙槽骨和钛合金的牙种植体很好的相容，并发生骨结合。牙骨移植材料组移植后形成的骨基质面积大，骨小梁粗壮，新骨围绕牙骨移植材料颗粒生长，而牛骨移植材料组形成的骨小梁相对细小，说明牙骨移植材料具有骨诱导和骨传导作用，可促进新骨的生成。实验结果与王媛等^[14]的研究结果相似。

在兔动物实验中，由于兔下颌骨菲薄，往往采用兔胫骨进行牙种植体骨结合或骨缺损的研究^[28]。兔胫骨是由外面坚硬的骨皮质和疏松的骨松质构成，承受最大抗压力主要是由骨皮质承受。结果显示，牙骨移植材料植入后其形成的最大抗压力和刚度均好于牛骨移植材料。且12周时的新骨最大抗压力和刚度均优于8周时。同时，临床上骨移植材料形成的新骨可以承受正常的咀嚼压力，其所支持的种植义齿可以发挥正常的咀嚼功能。

总之，牙骨移植材料植入后其形成的新骨最大抗压力和刚度均明显高于牛骨移植材料，但尚未达到正常兔胫骨的最大抗压力和刚度，新骨仍需要时间改建才能形成与正常骨组织相似的最大抗压力和刚度。牙骨移植材料可网成为新型骨缺损的骨移植材料来源。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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[1]	吴训, 孟娟红, 张建运, 王亮. 浓缩生长因子修复兔髁突全层软骨损伤[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1166-1171.
[2]	孔令宝, 吕欣. 胫骨后外侧平台骨折手术治疗中植入物选择与入路对支撑作用的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 942-947.
[3]	化昊天, 赵文宇, 张磊, 白文博, 王新卫. 抗生素人工骨治疗慢性骨髓炎疗效和安全性的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 970-976.
[4]	张宾, 孙丽华, 张俊花, 刘玉三, 崔彩云. 改良翻瓣即刻种植有利于上颌前牙区的软硬组织重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 707-712.
[5]	李晨杰, 吕林蔚, 宋阳, 刘静娜, 张春秋. 预紧力作用下钛合金人工假体界面骨小梁形态参数测量与统计分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 516-520.
[6]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[7]	李晓壮, 段浩, 王伟舟, 唐志宏, 王旸昊, 何飞. 骨组织工程材料治疗骨缺损疾病在体内实验中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 626-631.
[8]	贺杰, 常祺. 四肢恶性骨肿瘤骨切除后大段骨缺损的生物重建[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 420-425.
[9]	邢浩, 张永红, 王栋. 长骨大段骨缺损修复方法的优势与不足[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 426-430.
[10]	谢程欣, 王维, 王成龙, 李清龙, 尹东. 骨形态发生蛋白治疗急性胫骨骨折的系统评价及Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 486-492.
[11]	林旺, 王盈盈, 郭卫中, 袁翠华, 许胜贵, 张申申, 林成寿. 胫骨平台后外侧柱骨折扩大外侧入路内固定增强力学稳定性及膝关节功能[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3826-3827.
[12]	揭珂, 邓鹏, 曾意荣. 髌骨高度测量常用4种方法的运用与比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3875-3881.
[13]	高坤, 陈大宇, 张勇, 刘伟东, 孙淑芬, 赖文强, 马笃军, 吴益宏, 林展鹏, 蒋鹰鹭, 余伟吉. 牛膝醇提物调控滑膜成纤维细胞外泌体抑制软骨细胞外基质降解[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(23): 3636-3640.
[14]	陈思奇, 先德彬, 徐荣胜, 覃中杰, 张磊, 夏德林. 羟基磷灰石-磷酸三钙支架复合骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞对大鼠颅骨缺损修复早期成血管的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3458-3465.
[15]	刘鋆, 杨龙, 王伟宇, 周玉虎, 吴颖, 卢涛, 舒莉萍, 马敏先, 叶川. 聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯/聚乙二醇/氧化石墨烯组织工程支架的制备和性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3466-3472.