1998125・301・
膜引导组织再生技术在骨缺损治疗中的应用
郭现辉1 郭洪刚2 刘建丰1
摘 要 膜引导组织再生技术在口腔牙周病的治疗方面取得满意效果后, 它的基本机理即机械性阻挡和选择性组织生长引起骨科界的兴趣和重视, 初步实验和临床应用已显示出膜引导组织再生技术对骨缺损的治疗有效, 这种技术不但能应用于扁平骨缺损的治疗, 而且适用于管状骨节段性缺损的修复。膜引导组织再生技术的关键是引导膜, 膜材料大体分为两类即非降解性膜和可降解性膜, 但由于制作工艺、膜材料成分的不同, 致使目前应用的膜种类较多。非降解性膜由于其不能被机体吸收需要二次手术而逐渐被淘汰, 在众多的可降解性膜中, 携带不同骨生长因子, 具有良好生物相容性和一定机械性能的引导膜是将来研究的方向。
关键词 骨缺损 引导性组织再生 生物材料
膜引导性组织再生(membrane guided tissue re 2
generation , M GTR ) 是一个新的生物学概念, 最初产生于牙周病治疗中。其理论基础是:创伤修复过程中, 不同组织细胞向创口内生长迁移的速度不同, 通过放置膜, 形成一个机械性屏障, 阻止其它组织细胞的长入, 从而为所需组织细胞的生长提供一个引导空间, 保护所需组织细胞的分化、增殖, 达到理想的组织再生与修复的目的[1～4]。Nyman [5]在动物实验中, 利用微孔滤膜, 覆盖翻瓣术中暴露的牙根面和骨面, 阻止牙龈结合上皮和结缔组织长入牙周, 并把牙周韧带细胞引导至膜下间隙内增殖, 产生牙根新附着。M GTR 技术应用于牙周病的治疗成功后, 引起许多学者的兴趣。这种技术被试探性应用于骨缺损的治疗, 起初主要用于扁平骨如颌面骨和颅骨缺损修复。实验结果显示M GTR 技术对扁平骨缺损以及管状骨缺损的治疗有效。将M GTR 技术应用于骨缺损的修复, 有一定的组织学基础, 因为骨组织是以再生方式完成创伤修复的组织之一。因此, 引导性组织再生的概念应适用于骨再生过程, 即膜引导性骨再生(membrane guided bone regeneration , M G 2
BR ) 。许多动物实验及临床试验都证明, 其作为一种
1 管状骨缺损修复的研究
将M GTR 技术应用于管状骨缺损修复的研究开展较晚, 到目前为止, 该方面的研究报道较少, 但其具有重要的临床应用前景。Nielsen 等[9]对10只家兔双侧桡骨中段造成10mm 的骨缺损。一侧骨缺损区用吸收性聚氨基甲酸乙酯(polyurethane ) 膜环形包裹, 另一侧缺损不作处理, 作为对照。第5周X 线检查可见实验组引导膜的外表面形成一薄层骨痂, 组织学检查可见骨痂在膜外表面形成, 从两端向中间发展, 膜被逐渐溶解, 外骨痂随后被骨膜覆盖。管形膜形成的髓腔高度血管化, 并连接两断端形成内骨痂。对照组中, 两断端局部形成硬性骨组织, 距断端较远处为大量纤维组织, 导致断端骨性愈合失败。
Nyman 等[6]用另一种膜材料作了类似的动物实验,
同样证明了膜引导骨再生对长管状骨缺损修复的作用。张子军等[10]用硅胶作引导骨再生的膜材料, 将硅胶膜包绕10mm 的兔桡骨缺损, 另一侧桡骨造成同样的缺损作对照。实验结果显示, 硅胶膜将周围软组织阻隔在骨缺损外, 膜内保持一个完整血肿结构, 为骨再生提供了结构基础; 骨髓成骨和骨膜成骨均参与M G BR 过程, 以后者为主。术后12周,10只兔中有7只实验侧骨缺损已完全修复,2只近愈合, 而对照侧无一愈合。M G BR 修复骨缺损的成功证明了膜作为物理屏障防止周围结缔组织侵入, 为骨再生创造条件的重要性。同时, 也提示膜管尚有收集骨髓基质干细胞, 限制其向膜外游走; 增加骨断端促骨再生因子浓度的作用。有关膜与细胞因子之间的关系尚需进一步研究。
新型促骨再生技术, 能不同程度地增强骨组织再生能力, 加快骨组织新陈代谢, 有效地避免骨缺损的纤维愈合, 促进骨性愈合[6～8]。引导性组织再生技术为骨缺损开辟了一个新的治疗领域。
1 承德医学院附属医院骨科(河北承德,067000) 2 天津市第三医院
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2 颅骨、颌面骨缺损修复的研究颅骨与颌面骨均属于扁平骨,M G BR 最早的实验就是用于扁平骨, 许多实验
[7,11]
证明了M G BR 技
术能促进颅骨缺损的修复。Lundgren 等[12]在兔额骨与顶骨钻直径8mm 的环形穿透性缺损。一侧缺损用膜覆盖, 另一侧不放膜作为对照。结果实验侧整个缺损区出现骨再生, 而对照侧缺损被周围侵入的软组织所占据, 未见骨再生。M GTR 技术成为颅骨成形术的一个有效辅助手段, 不仅对颅骨缺损治疗有意义, 而且对整形重建外科同样有意义。颌面外科在这方面的研究走在最前面。Dahlin 等
[13]
对鼠
下颌角两侧造成一直径5mm 的穿透性骨缺损, 右侧缺损的内、外面均覆盖聚四氟乙烯膜(teflon 或ex 2
panded polytetrafluorethylene ,e 2PTFE 膜) , 膜用线缝
合固定, 左侧缺损作为对照, 不放置任何膜。术后3周, 半数动物出现骨性愈合,6周后所有动物出现骨性愈合。而对照侧, 直至术后22周, 很少或没有愈合迹象。Mundell 等
[14]
使用M GTR 技术, 进行兔颧
骨缺损修复研究。将一侧缺损区用胶原膜覆盖, 而另一侧不覆盖膜作对照。术后结果表明对照侧出现成纤维细胞入侵, 导致纤维连接; 而实验侧未见纤维组织向内生长, 新骨区域与骨膜周边出现解剖性连接, 骨膜增厚, 骨断端有大量皮质骨生长, 导致完全性愈合。
3 M GTR 技术的膜材料
M GTR 技术中起关键作用的是引导膜。目前,
膜材料一般分为两大类, 即非降解性材料与可降解性材料, 各有其不同的理化特性。
3. 1 非降解性材料
非降解性材料具有以下主要特征:①材料厚度一般为0. 5mm 左右。②无细胞毒性, 组织相容性好。③不易与基质糖蛋白结合, 能减少上皮附着。④有一定韧性。这类材料的共同特点是具有不被组织吸收, 并需再次手术取除。它包括:①e 2PTFE , 是目前使用最多的膜, 这种膜已商品化, 常见的有
G ore 2Tex , Sartorius , Biopore 等。e 2PTFE 惰性很大,
不易与组织发生反应。其缺点是价格昂贵, 需再次手术取除等。②微孔滤膜(millipiore filters ) , 是最早被研究的膜。与e 2PTFE 相比, 其价格低廉, 但有研究显示其缺乏韧性, 并有细胞毒性。因此, 这种膜已逐渐被淘汰。③生物性膜(biobrane ) , 是一种半渗透
Chinese J Reparative and Reconstructive Surgery , 1998, Vol 12(5)
性合成膜, 这种膜已商品化, 但有关应用这种膜的研究报道甚少。
3. 2 可降解性材料
可降解性材料具有以下主要特征:①无细胞毒性, 组织相容性好。②能在一定时期内降解。③能有效地抑制上皮移动。④允许组织液和营养物质自由交换。它包括:①胶原类(collagen ) , 胶原广泛存在于人、牛、鼠等哺乳动物的皮肤、肌腱、韧带和骨骼中。胶原分为五类, 其中Ⅰ型胶原研究最为广泛, 其抗原性低, 可附着许多细胞, 抑制上皮移动, 具有止血能力, 植入后炎症反应轻微。根据不同需要, 可将胶原制成膜、管状、海绵状。胶原膜经紫外线消毒后, 可在-20℃下贮存。胶原在体内降解迅速, 完全降解期为6周～8周。②聚羟乙酸(polyglycolic acid ,
PG A ) 与聚乳酸(polylactic acid , PLA ) 类材料, PG A
与PLA 是可吸收性α多脂同聚合物。PG A 和PLA 材料在骨组织内能够完全被吸收, 随着聚合物的不断降解, 在PG A 和PLA 材料中可见到新骨沉积。这两种可降解性材料在体内降解缓慢, 降解期比胶原膜降解期长, 多为3个月～4个月。除上述常用的膜材料外, 目前, 有学者在探讨冻干硬脑膜、脱钙板层骨以及携带不同药物的膜的应用[15～17]。
M GTR 技术作为一种新型促骨再生技术, 具有
潜在性应有价值。这种技术将会推动骨生物学、修复重建外科学的发展。目前, 其涉及的研究领域相当广泛, 如生物医学工程学、口腔颌面外科学、颅外科学、骨科学等。但这种技术至今并不很完善, 还存在着一些有待于解决的问题, 如术区感染、膜暴露、膜成形、膜的机械强度差、固定困难等。今后M GTR 技术研究可能朝着多元化方向发展。首先, 在膜材料方面, 现在的非降解性、可降解性材料仍存在着一些缺陷。膜材料的改进是当前研究的一大方向, 改进的目的是寻找一种质量优越, 组织相容性好, 能加快骨细胞增殖的可降解性膜材料。其次, 在技术方面,M GTR 技术不再单纯停留在骨传导方面的研究, 可与多种技术相结合, 综合应用。如与骨移植术、内固定术、关节置换术等联合应用。最近, 有学者提倡把M GTR 技术与生长因子联用, 以研究骨再生, 获得了比单用M GTR 技术更好的效果。显然, 在今后研究中, 把骨传导与骨诱导结合在一起, 会更加丰富
M GTR 技术的概念、原理和应用。
1998125・303・
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10 张子军, 卢世璧, 王继芳等. 引导性骨再生过程的实验研
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(收稿:1997211218)
MEMBRANE GUIDE D TISSUE REGENERATION IN THE TREATMENT OF B ONE DE 2FECT /Guo Xianhui , Guo Honggang , L i u Jianf eng. Depart ment of O rthopedic S urgery , A f 2
f iliated Hospital of Chengde Medical College , Chengde , Hebei , P. R. Chi na 067000
Abstract Membrane guided tissue regeneration is new biological concept. The basic theo 2ry of this concept includes the belief that during the healing process of wound , the different cells will show different speed of cell migration and regeneration in the wound. If an appropriate mem 2brane being placed to form a mechanical barrier , so that only the needed cells can grow into that area and prevent others from going in , thus resulting in the creation of a guided area where the needed cells can undergo proliferation and differentiation under protection in completing an ideal tissue regeneration and repair. In this article , the experimental researches on the application of membrane guided tissue regeneration in the repair of tubular bone defects , skull defects and fa 2
ciomaxillary defects were reviewed from literatures , and the degradable and non 2degradable mate 2rials were introduced , particularly. The pros and cons of this method and the materials were eval 2uated. It is believed that this technique will push forward the progress in bone biology and recon 2structive surgery.
K ey w ords Bone defect Membrane guided tissue regeneration Biomaterial