牙齿组织工程课件

马永强 牙齿组织工程 概念是将组织工程学的原理和技术应用于牙体牙髓损伤修复和牙 齿再生的研究。 基本设计原理：在活体上取得并分离牙源性细胞(种子细胞)进 行体外培养，将这些高浓度的、功能相关的活细胞种植于天然或 人工合成的细胞外基质上，经过一定时间的体内（或体外）培养 ，形成具有一定外形、结构和功能的牙齿。 研究要素：种子细胞 生物支架材料 生长因子 体外及体内培养环境 种子细胞 1、来源及研究进展： 牙髓细胞 体外培养的牙髓细胞在FGF2、TGF- ( Tissue Growth Factor- ,TGF- ) 、BMPs 等生长因子及- 磷酸甘油 等因素的诱导下向成牙本质细胞分化,可以形成牙本质样结 构,所形成的牙本质样结构的矿化特征、有机成分等与体内 牙本质基本一致。 Bohl KS等以牙髓细胞为种子细胞, 以型胶原凝胶、聚乙 醇酸盐及藻酸盐为支架材料进行了组织工程化牙髓的研究, 结果表明前两种材料与支架的复合物可以不同程度地形成类 牙髓样组织, 而藻酸盐则不能形成。 牙髓干细胞 美国NIH的Gronthos利用酶消化法消化牙髓组织,将获得的单细胞进 行体外培养,并首次将其命名为牙髓干细胞（DPSCs）。对其体外培 养时的生物学特性与骨髓基质细胞(BMSCs)进行比较研究的结果表 明, 牙髓干细胞具有比骨髓基质细胞更强的增殖能力,在L- 抗坏血 酸、地塞米松和无机磷酸盐的诱导下可以形成矿化结节,回植入免 疫抑制小鼠体内6周后可以观察到牙本质样结构的形成。 Batouli等将人DPSC与HA TCP、牙本质片复合培养并进行裸鼠皮 下接种, 8周后分别形成了牙本质牙髓复合体和修复性牙本质样结 构。 Yu等 4 将牙髓干细胞在体外经牙胚细胞条件液诱导, 以细胞团 方式植入体内, 也可形成规则的牙本质牙髓复合体。 牙胚细胞 美国Forysth 实验室的Young等将没有进行过体外培养的通过酶消 化法从六月龄幼猪第三磨牙获得的牙胚细胞直接作为种子细胞, 以 聚乙醇酸盐/聚乳酸盐( PGA/PLLA) 和L- 聚乳酸盐- 聚乙醇酸盐复 合物( PLGA)为支架材料, 构建的复合物植入无胸腺大鼠体内, 取 20、25、30w的植入物进行观察, 发现得到了具有牙釉质、牙本质 等结构的牙冠样组织。 2004年Duailibi采用酶消化法从新生大鼠的牙胚中获取细胞,并在 体外培养6d,将扩增后的细胞接种在PGA及PLGA支架材料上,回植入 Lewis 大鼠的腹网膜内,12w后取材进行观察, 结果表明得到了牙齿 样结构。 牙乳头细胞 Unda的研究表明,牙乳头细胞体外培养时可在 FGF1,FGF2, 及TGF-1的诱导下向成牙本质细胞分化, 其中FGF1和TGF-1 还具有协同作用,能诱导牙乳头细 胞形成牙本质基质。 牙乳头细胞在含有-磷酸甘油、地塞米松、抗坏血酸 等矿化诱导成分的作用下可以分化形成牙本质细胞, 能 够形成含羟磷灰石的钙结节。 其它 Ohazama等用体外扩增培养的非牙源性间充质细胞替代牙胚内的间 充质细胞与胚胎口腔上皮细胞重组,发现重组的复合物有成牙本质 反应。他们将重组物植入肾囊内, 结果发现有牙齿结构及骨组织形 成, 说明其他来源的间充质细胞也可以作为牙齿组织工程中的种子 细胞。 2、小结 从现有的研究结果来看, 要想构建具有牙釉质、牙本质、牙骨质、 牙髓等复杂结构的牙齿, 至少需要有来自上皮及间充质的两种以上 细胞。从研究现状来看, 进行牙齿再生的相关研究, 牙胚是很好的 细胞来源。 生物支架材料 1、理想的生物支架材料特性 具备良好的生物相容性,不会因邻近组织的排异反应而影响新组织 的功能; 具有可降解性及适宜的降解速率,当移植的细胞或组织在受体内存 活时,支架材料可自行降解； 具有符合细胞、组织器官要求的生物力学强度； 具有良好的细胞界面关系,能相互作用以保存和促进细胞功能; 便于加工成理想的二维或三维结构,而且移植到体内后能保持原有 形状； 2、常用的生物支架材料 羟基磷灰石类 胶原 人工合成聚酯 较常用于牙齿组织工程的是聚羟基乙酸、聚乳酸和聚乳酸聚羟基乙 酸材料。 复合型材料 如Collagraft复合材料 3、支架材料的研究进展 包柳郁等将生长因子诱导后的人牙源性间充质细胞与天然珊瑚、陶 瓷化骨以及Collagraft 复合材料相复合进行体外培养,发现细胞在 陶瓷化骨和Collagraft 复合材料表面伸展充分, 生长良好, 增殖 活跃, 细胞表面可见多数分泌颗粒, 而天然珊瑚表面附着细胞很少 , 伸展不够充分, 增殖也不明显。说明陶瓷化骨和Collagraft 复 合材料适宜牙源性间充质细胞的生长, 可以作为构建组织工程牙齿 样结构的支架材料。 Gronthos等以HA/TCP为支架,将体外扩增的牙髓干细胞(DPSCs)植入 裸鼠背侧皮肤下,可获得牙本质/牙髓样结构。 Kazuhisa Nakao等人将打散的小鼠胚胎14.5天的上皮和 间充质添加到用胶原做成的支架上,在体内和体外均培 养出了完整的并富含有血管和神经纤维的牙齿结构。 由组织工程支架材料PLGA或PGA/PLLA构成的牙型支架中 ,植入打散猪胚磨牙牙胚或大鼠的磨牙牙胚,均能形成一 个包含牙本质、成牙本质细胞、界限清晰的牙髓腔、 Hertwig氏上皮根鞘（HERS)和成釉器的结构。 生长因子 骨形成蛋白 鼠牙胚发育的研究发现,骨形成蛋白是牙胚发育中重要的信号分子 ，其主要功能是参与调控牙胚在颌骨上发生的位置及形态发育。 转化生长因子 Wnt基因家族 Wnt基因家族编码的分泌型蛋白,与细胞表面的特异性受体Frizzled 蛋白相互作用, 激活通道下游分子, 具有保证生牙的正确位置、参 与釉结节信号中心调控牙齿形态和影响牙齿大小等作用, 是启动牙 胚发育和调控牙齿形态发生的重要因素。 体外及体内培养环境 Hu等使用半固态的培养基培养牙胚，含有DMEM/F12、质 量分数为20%的胎牛血清、0.18 mg/mL的维生素C、谷氨 酰胺和双抗等。 目前为止，体外尚不能无限时培养牙胚，体外培养至一 定阶段时必须移植到体内环境。 将大鼠或猪的牙胚混合细胞种