源自正畸材料的微塑料影响巨噬细胞分化与稳态：一项揭示局部免疫激活与全身性健康风险的研究

《Progress in Orthodontics》：Orthodontic derived microplastics impact macrophage differentiation and homeostasis

这篇综述系统研究了多种常用正畸材料（隐形矫治器、保持器等）在人工唾液中释放微塑料（MNPs）的现象，并首次揭示了这些微小颗粒被巨噬细胞吞噬后，会诱导其向促炎表型（iNOS+CD86+M1样）分化，从而可能影响局部口腔健康并引发全身性免疫反应。研究强调，直接打印材料（如活性记忆TMDCA、Nylon 12）比热成型材料（如Zendura?、InvisacrylTM）释放的微塑料更多，且免疫刺激作用更强，为口腔医疗器械的材料选择与安全性评估提供了关键免疫学依据。

　　

引言：隐形矫治器热潮下的潜在健康隐患

随着全球隐形矫治器市场的迅猛增长，预计到2030年其规模将达到323.5亿美元，每天有数百万个矫治器在世界各地被佩戴。这些由合成聚合物（如PETG、PU、尼龙12）制成的医疗装置，在带来美观与便利的同时，其长期使用是否会释放微米级和纳米级塑料颗粒（MNPs），并对人体免疫系统产生何种影响，正成为一个日益严峻的科学问题。微塑料（MPs，1-5000微米）和更小的纳米塑料（NPs，<1微米）已在人类胎盘、肺、肝脏甚至大脑组织中被检出，其潜在健康风险，特别是对免疫稳态的干扰，亟待探究。巨噬细胞作为体内关键的吞噬细胞和免疫调控者，负责清除细胞碎片和外来异物，维持组织稳态。口腔作为MNPs可能的直接暴露部位，拥有丰富的巨噬细胞群体。因此，研究正畸材料释放的MNPs如何与巨噬细胞相互作用，不仅关乎局部口腔健康，也可能对全身免疫状态产生深远影响。

方法：系统评估材料释放与细胞响应

本研究设计了一项体外实验，系统比较了六种临床常用的正畸聚合物：三类直接打印光敏树脂（ActiveMemory^TMDCA、Tera Harz TA-28、Nylon 12）和三类热成型材料（Invisacryl^TMPETG、Zendura^?PU、Invisalign^?SmartTrack^TM）。研究人员将每种材料制成统一尺寸的圆盘，浸泡在人工唾液中，在模拟口腔环境的条件下孵育一周，并每天进行涡旋振荡以模拟日常磨损。随后，使用流式细胞术对释放的颗粒进行定量，并利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对颗粒的形貌和大小进行表征。为了探究其生物学效应，研究将量化后的MNPs（每组1000个颗粒）与从小鼠骨髓中提取的原代巨噬细胞进行共培养。三天后，通过流式细胞术分析巨噬细胞的表型分化标记物，特别是促炎（M1）相关的iNOS和CD86，以及抗炎/修复（M2）相关的CD206和CD301b。此外，研究还利用活细胞延时显微镜，首次直观捕捉了巨噬细胞对具有自发荧光的Invisalign^?材料来源MNPs的吞噬过程。

结果：所有材料均释放MNPs，并引发特异性免疫应答

流式细胞术分析表明，所有测试材料均释放出可检测到的MNPs。其中，直接打印材料（尤其是Lux DCA和Nylon 12）释放的颗粒浓度最高。热成型材料中，Invisalign^?释放量居中，而Invisacryl^TM和Zendura^?释放量相对较少。

电镜成像进一步揭示了MNPs的多样性与复杂性。颗粒大小分布极广，面积从0.1 nm²到10 mm²，直径从10纳米到100微米不等。总体而言，直接打印材料释放的MNPs尺寸范围更宽，而热成型材料产生的颗粒相对更均匀。例如，Zendura^?产生的颗粒中位直径约为0.5微米，而Lux DCA和Invisacryl^TM则产生了大量直径约50纳米的超细颗粒。

最关键的发现在于巨噬细胞对MNPs的响应。共培养实验显示，并非所有MNPs都“沉默”。来源于Lux DCA、Nylon 12和Invisalign^?的颗粒，能够显著促进巨噬细胞向表达iNOS和CD86的促炎表型（M1样）分化，与仅用人工唾液处理的对照组相比，这种双阳性细胞的比例增加了约一倍。相反，Invisacryl^TM和Zendura^?的颗粒则未引起明显的促炎表型上调，Graphy Tera Harz TA-28的影响也较小。所有处理组的巨噬细胞存活率均保持在95%以上，表明观察到的表型变化并非由细胞毒性直接导致。同时，研究中并未检测到M2标记物CD206或CD301b的显著上调。

活细胞成像为这一过程提供了生动的视觉证据。巨噬细胞能够迅速吞噬尺寸约为2-10微米的MNPs，在加入颗粒后约20分钟内即可观察到吞噬事件。这直接证实了口腔来源的MNPs可以被局部的免疫哨兵细胞识别并内化。

讨论：从材料科学到免疫学的交叉警示

本研究首次将正畸材料降解、MNPs释放与先天免疫细胞的功能调控直接联系起来。结果表明，某些聚合物，尤其是基于聚氨酯的直接打印材料，释放的MNPs并非生物惰性，而是具有免疫刺激性，能够驱动巨噬细胞走向促炎状态。这让人联想到矽肺、石棉肺等疾病中，不可降解的颗粒在巨噬细胞内持久存在，导致细胞持续活化、慢性炎症和组织纤维化的病理过程。

研究采用的流式细胞术为快速、定量分析亚微米级MNPs提供了一种有效方法，弥补了拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱等技术在检测小于20微米颗粒时的局限性。然而，本研究也存在一些局限，例如使用的是体外培养的骨髓来源巨噬细胞，未能完全模拟口腔粘膜复杂的组织微环境；实验周期相对较短，无法反映临床长达数月的长期累积效应。此外，不同材料的确切化学组成、临床加工工艺的差异等因素也可能影响最终结果。

结论：材料选择关乎免疫稳态

本研究得出了明确结论：所有测试的正畸聚合物都会释放MNPs，其中直接打印材料释放量更大。更重要的是，部分材料（如Lux DCA、Nylon 12、Invisalign^?）释放的MNPs能够被巨噬细胞吞噬，并诱导其分化为促炎表型，而细胞活力不受影响。这些发现颠覆了聚合物材料必然“生物相容”或“免疫惰性”的简单假设，明确指出材料的化学成分和物理特性（如颗粒大小）能够主动塑造免疫反应。

因此，在口腔医疗器械，尤其是需要长期佩戴的隐形矫治器的材料选择与研发中，除了考虑机械性能和美观度，必须将“微塑料释放潜力”及其“免疫调节效应”纳入核心评估体系。未来的研究方向应包括：优化聚合物化学与表面改性以降低MNPs释放和免疫原性；在动物模型中验证长期暴露的体内效应；以及开展临床研究，评估患者体内MNPs负荷与口腔/全身炎症标志物的关联。唯有通过跨学科的严谨评估，才能引导更安全的材料选择，最大程度地降低医疗器械带来的非预期生物效应，真正保障患者的长期健康。