《Materials Chemistry and Physics》：Effect of autogenous dentin graft crystallinity on intrinsic component release for bone regeneration
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周子良|卓建民|杨艳艳|荣荣|李静|邓欣|王俊梅|何璐|熊杰广州医科大学口腔修复与重建工程研究中心口腔医学院及医院，中国广州511495摘要：背景自体牙本质移植（ADG）作为骨替代材料已显示出临床安全性和有效性，但其成骨能力的机制尚未完全阐明。虽然ADG的物理化学性质与其骨再生潜
周子良|卓建民|杨艳艳|荣荣|李静|邓欣|王俊梅|何璐|熊杰
广州医科大学口腔修复与重建工程研究中心口腔医学院及医院，中国广州511495
摘要：
背景
自体牙本质移植（ADG）作为骨替代材料已显示出临床安全性和有效性，但其成骨能力的机制尚未完全阐明。虽然ADG的物理化学性质与其骨再生潜力密切相关，但晶体度（矿物相的关键参数）在调节有机/无机成分溶解和成骨细胞生物学行为中的作用尚未得到系统研究。本研究旨在通过探讨ADG中不同晶体度水平对成分溶解和成骨细胞功能的影响来填补这一空白。
结果
使用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析、原子力显微镜（AFM）、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和Coomassie brilliant blue染色对ADG样品进行了表征。体外实验评估了ADG对成骨细胞的影响。脱矿处理使ADG的晶体度从63.42%降低到48.84%，但其比表面积、孔径分布和粗糙度未发生变化。这种晶体度的降低显著增强了ADG中钙离子和可溶性蛋白质的释放。这些变化进一步调节了成骨细胞的行为，促进了细胞增殖，上调了与成骨相关的基因表达，诱导细胞周期进入S期，并抑制了细胞凋亡。
结论
本研究表明，控制脱矿可以有效调节ADG的晶体度，从而增强其钙和蛋白质成分的溶解。通过阐明ADG的晶体度依赖性成骨机制，我们的发现为优化ADG的制备过程和提高其临床骨再生效果提供了理论基础。
引言
牙齿缺失会导致牙周骨内刺激的缺失，引发牙槽骨的快速吸收和随后的骨缺损，从而影响愈合过程[1]。目前，超过50%的种植手术需要骨移植[2]。临床使用的骨移植材料根据来源和免疫特性分为自体骨、同种异体骨、异种骨和复合骨[3]。自体骨因其优异的成骨诱导、成骨传导和成骨能力而被视为“金标准”[4],[5]。然而，它受到供体部位并发症、不可避免的移植后吸收和供应限制的制约[6]。异种骨替代物如Bio-Oss因其良好的成骨传导性而被广泛临床应用，但缺乏强大的成骨诱导活性[7]。其他材料如羟基磷灰石（HA）可以引导骨形成，但机械强度低且生物降解性差[8]。因此，迫切需要探索更优的骨移植替代品。
自体牙本质移植（ADG）是一种新兴的骨移植材料，具有经过验证的临床安全性和有效性。它与自体骨具有相似的组织结构和成分，确保了优异的生物相容性[9]。研究表明，脱矿牙本质基质具有成骨诱导特性，突显了自体牙齿的成骨潜力[10]。Kim等人通过脱水、脱脂和消毒自体牙齿开发了自体牙齿骨移植材料（AutoBT），在临床应用中表现出稳定且良好的成骨效果[11],[12],[13],[14]。韩国牙齿银行的建立，为保存患者的拔除牙齿用于骨再生治疗提供了支持，进一步证明了牙齿衍生移植物的临床实用性[15]。近年来，ADG在各种口腔临床场景中得到了越来越多的应用，包括牙齿种植[16],[17],[18]、颌骨缺损修复[19]和牙周手术[20]，始终显示出有希望的术后成骨效果。
ADG的有机和无机成分在其成骨能力调节中起着关键作用。ADG主要由牙本质组成，其成分与天然牙槽骨非常相似：牙本质含有70-75%的无机物、20%的有机物和10%的水分，而牙槽骨含有65%的无机物、25%的有机物和10%的水分[11]。牙本质的无机相主要由羟基磷灰石晶体组成，而有机相由90%的I型胶原蛋白和10%的非胶原蛋白（NCPs）组成——包括骨形态发生蛋白（BMP）、胰岛素样生长因子2（IGF-2）和转化生长因子-β（TGF-β）——这些成分都与ADG介导的成骨过程密切相关[21]。
ADG的成骨潜力还受到其形态和物理化学性质的影响，如粒径、比表面积、孔径、晶体度和活性成分含量。尽管先前的研究已经探讨了ADG的各种物理化学性质对成骨的影响[22],[23],[24]，但晶体度的具体作用仍不甚清楚。晶体度作为反映生物材料无机相有序程度的关键参数，已被证明可以调节羟基磷灰石的溶解速率[25]。晶体度是矿化组织（如牙本质、骨）的关键物理化学性质，直接影响材料的溶解度、降解和生物活性成分的释放[26]。对于像ADG这样的矿化移植材料——其无机相主要由羟基磷灰石（HA）晶体组成——晶体度决定了HA晶格的稳定性以及储存的有机/无机成分（如钙离子、生长因子）的可利用性[21]。然而，目前尚不清楚晶体度如何调节ADG中有机（如蛋白质、生长因子）和无机（如钙离子）成分的释放，以及其对成骨细胞行为的影响也未得到系统研究。大多数关于晶体度和溶解的研究集中在合成羟基磷灰石或其他骨移植材料上，直接将ADG晶体度与成分释放和成骨功能联系起来的证据有限。本研究选择粒径为0.425-1.0 mm的颗粒ADG（临床口腔骨移植中常用）来探讨不同晶体度对有机和无机成分溶解的影响，以及对其后成骨细胞生物学行为的影响。这项工作为优化ADG制备过程和提高其临床应用提供了理论基础。
章节片段
骨移植材料的制备
2023年1月至6月期间，从广州医科大学口腔医学院及医院普通牙科和口腔急诊科提取的牙齿储存在4°C下的75%乙醇中。去除残留的牙石、龋齿组织、修复体和其他非牙科组织后，使用一次性研磨机将牙齿研磨成0.425-0.8 mm的颗粒。这些颗粒用乙醇和过氧化氢进行超声清洗，然后用乙醇梯度进行脱水
显微形态
SEM图像显示，DD和TD颗粒（40倍放大）的尺寸均匀，为0.5-1.0 mm，表面粗糙，而CB颗粒则尺寸和形态不规则，可见骨小窝（图1）。在1500倍放大下，DD显示出许多直径约为1.0 μm的管状结构，管状结构之间有密集的胶原纤维。TD表面覆盖着丰富的胶原纤维和少量管状结构。CB颗粒显示出不规则的孔隙和纤维状附着物
讨论
ADG通过两种主要机制发挥成骨作用：作为成骨的支架和释放生物活性成分以诱导骨形成。Chokwattananuwat等人报告称，对脱蛋白的人体脱矿牙本质基质进行表面化学修饰——减小孔径和增加比表面积——有效增强了成骨细胞活性[24]。矿化的牙本质基质作为优良的骨支架，同时释放内在成分（如
结论
ADG在成骨微环境中逐渐释放钙离子，发挥基础成骨作用。此外，ADG释放的内在有机生物活性成分协同增强了成骨作用。适度的ADG脱矿可以有效降低晶体度，提高钙离子和蛋白质的溶解效率，从而增强其成骨潜力。
CRediT作者贡献声明
王俊梅：撰写——审稿与编辑。何璐：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、概念化。邓欣：软件。周子良：撰写——初稿、验证、方法学、研究。熊杰：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、方法学、资金筹集、概念化。荣荣：方法学、数据管理。李静：正式分析。卓建民：撰写——初稿、软件、研究、正式
数据可用性
本研究的数据可在合理请求下从相应作者处获得。
资助
本工作得到了广州健康科学技术项目（项目编号20231A011108）和广州市荔湾区科学技术计划（项目编号20230715）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢广州医科大学口腔医学院及医院的吴丽红教授慷慨提供BMSC细胞。
