贻贝仿生技术在口腔医学中的研究进展Word文件下载.docx

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多巴胺可通过在材料表面氧化自聚成聚多巴胺层，其中的儿茶酚基团可以与各种表面进行氢键结合、静电相互作用和π-π相互作用，赋予材料良好的细胞/组织粘合性能[8]。

以下介绍贻贝仿生技术在口腔医学中的研究进展。

1贻贝仿生技术在口腔粘接领域的研究

牙本质敏感常给人带来不良的进食体验，在临床上尚无微创且有效的治疗方法。

Zhou等[9]尝试在牙片表面涂覆聚多巴胺，证实可有效促进钙磷离子负载于牙片上，实现牙釉质及牙本质的同步再矿化，此方法有望应用于牙本质敏感的治疗。

但是，聚多巴胺的形成需要碱性环境，且其颜色偏黑，因此该方法暂不符合临床应用实际。

在正畸托槽粘接时，酸蚀常导致牙釉质脱矿产生白垩斑，影响牙齿美观且利于细菌的附着。

Seo等[10]利用贻贝仿生粘接底漆处理未经酸蚀的牙釉质，后覆以聚甲基丙烯酸树脂，固化后测试树脂及牙釉质之间的粘接强度，结果证实两者间搭接剪切强度无异于硅烷基底漆，但其极限拉伸强度是后者的2倍。

此外，原子力显微镜显示贻贝仿生底漆的涂层更致密，且粘接聚合时释放热量更少。

同时，与硅烷基底漆相比，贻贝仿生底漆具有更高的韧性、相同的刚性及低收缩率，故有替代硅烷基底漆的潜能[11]。

在口腔粘接操作中，体液玷污粘接界面令充填材料的耐久性减退。

临床上，粘接操作时应保留牙本质纤维网中适量的水分，以保持胶原纤维网的蓬松状态，从而有利于粘接树脂向牙本质纤维网的渗入；

同时应避免粘接界面被唾液污染，进而防止唾液成分（如糖蛋白和黏液）阻隔粘接组分与牙本质间的紧密接触，避免干扰修复材料自身的聚合反应。

但在临床条件下，体液污染不可完全避免，因此抗污染、可湿性粘接的牙科粘接剂是口腔粘接学领域的研究热点。

贻贝仿生型粘接剂用于唾液润湿牙本质粘接时，经Fe3+交联后，可与复合树脂及牙体间产生良好的粘接作用[12]。

在树脂纤维桩粘接修复中，常会发生纤维桩与树脂间的分离，以致脱落，但通过聚多巴胺和聚甲基丙烯酰甲酯改性后的玻璃纤维桩，能与树脂基质更加紧密结合，从而使纤维桩在根管内应力分布更加均匀，使用寿命得以延长[13]。

基于儿茶酚结构改性后的树脂基质单体——双酚A双甲基缩水甘油酯（bisphenolAdyglicidilmetacrilate，Bis-GMA）制备的粘接树脂，可明显改善粘接性能[14]。

但是，口腔粘接剂应具有可即刻固化、便于操作的特点，然而以Fe3+为催化剂的交联固化操作步骤多，固化时间可控性差，故应探索适于口腔环境的固化模式；

而且因多巴胺中的邻苯二酚官能团会影响紫外光下的树脂聚合，故该官能团只能占一定比例，以达到湿粘接性能与树脂聚合间的平衡[14]。

此外，众多研究者曾经通过合成新的聚合物或加入二价金属离子（如Zn2+）来提高粘接剂的粘接性能[15]，但Zn2+摄入过量被认为可能会导致神经性疾病[16-18]。

为避免潜在隐患，Gill等[19]制备出不含Zn2+的贻贝仿生义齿固定剂，在模拟口腔湿性环境下，证实其搭接剪切强度高，且粘接破坏方式主要以附着力破坏为主，而非内聚力，此利于义齿的稳定与摘戴。

口腔复合树脂中，填料的作用是提高树脂的硬度及耐磨性。

Ai等[20]经聚多巴胺修饰羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）载银复合物，得到功能性纳米填料，该填料在树脂基质中分散性好，添加量在质量分数6%～8%时，树脂固化后的弯曲强度和弹性模量均显著提高；

纳米银的持续稳定释放赋予树脂抗菌性能，故改性后树脂能抑制细菌生长、预防继发龋，确保树脂修复的耐久性。

树脂/牙本质粘接界面易水解破坏，其原因是胶原酶降解混合层底部裸露的胶原纤维网，因此，如能抑制胶原酶活性或稳定牙本质胶原纤维超微结构，将延长树脂修复体的使用寿命。

基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMPs）是一类钙、锌依赖型肽链内切酶，以无活性的酶原形式存在于牙本质中，在胶原水解时发挥重要作用[21]。

贻贝粘附蛋白中儿茶酚结构具有金属螯合能力，Fang等[22]在探索重组贻贝粘附蛋白对MMPs活性的影响时，发现该蛋白能阻止牙本质胶原纤维网的降解，且经其处理的粘接界面，在冷热循环老化和胶原酶的双重作用后，粘接剂仍保持良好的粘接强度，故其可作为粘接界面的稳定剂。

但迄今为止，仍然没有成熟的贻贝仿生技术或材料应用于临床。

2贻贝仿生技术在颌面部软组织损伤中的研究

在口腔颌面部的组织损伤中，理想的结果是一期愈合。

软组织损伤时，聚多巴胺负载抗菌剂的敷料应用于创口，赋予了损伤部位抗感染及快速愈合的特性[23]。

同时，创口的愈合效果与其微环境有着密切联系。

在组织损伤时，损伤部位会产生大量活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS），引发细胞衰老、组织纤维化及炎症。

Wu等[24]合成的贻贝仿生粘接剂可以保留ROS抗病原能力，同时清除其诱发的副作用，激发自身组织再生，从而减少组织愈合时的纤维组织增生。

Lu等[25]制备出单层网络水凝胶，其上可负载表皮生长因子、磁性纳米颗粒等物质，为创口愈合提供促再生、抗感染的微环境。

在富含未改性的酪氨酸重组贻贝蛋白研究中，因二酪氨酸的交联可赋予蛋白质优异的机械性能、弹性及构象稳定性，Jeon等[26]通过对重组贻贝蛋白上酪氨酸的改性生成二酪氨酸，合成了具有更好粘接性能的光激活贻贝蛋白基生物粘接剂（light-activatedmusselproteinbasedbioadhensive，LAMBA）。

LAMBA可以在60s内关闭鼠背上的出血切口，愈合中组织迅速再生且炎症反应轻微。

因其操作方便、交联速度可控、粘接性能优异，有望实现易碎器官和内部器官的免缝合。

因此，贻贝仿生技术可促进颌面部损伤软组织的自愈能力，恢复其功能完整性。

3贻贝仿生技术在口腔种植及骨修复中的研究

口腔种植技术是修复牙列缺损或缺失的常规方法，10年成功率约为94.6%[27]。

在实际治疗中种植修复的失败仍无法完全避免，导致失败的主要原因为种植体周围炎。

临床上常通过机械、抗生素、激光、光动力治疗等手段治疗种植体周围炎，但因种植体表面结构的复杂性、菌斑生物膜组成的多样性致使上述治疗手段均存在一定的缺陷。

微创且有效的菌斑控制方法将有利于控制种植体周围炎，延长种植修复体的使用寿命。

经聚多巴胺载银的种植体具备优良的生物相容性及成骨活性，可促进骨结合[29]。

另外，有学者利用含有短阳离子抗菌肽和硅酸盐纳米颗粒的儿苯酚结构修饰的光交联明胶基水凝胶，制备了一种具有粘附、骨引导及抗菌作用等多重功能的种植体涂层，儿茶酚基团增强了水凝胶涂层在钛表面的附着，抗菌肽及硅酸盐纳米颗粒的存在一方面赋予了种植体持久的抗菌性能，另一方面使之具有促进新骨形成的潜能[30]。

但是，体内环境的多变性给聚多巴胺涂层的长期存留带来不确定影响，且Ag+完全释放后不能保证种植体的长效抗菌性，故需探索出长效稳定的抗菌种植体。

为了维护种植体的稳定，除预防种植体周围炎外，还应保证植体周围有足够的骨支持，骨量不足时需进行骨增量手术。

传统骨增量材料经聚多巴胺改性，有利于细胞粘附及骨愈合。

磷酸钙（calciumphosphatecement，CPC）生物活性骨水泥作为第一代可注射骨增量材料，其抗压强度低，主要用于修复非承重部位的骨缺损。

刘宗光[31]将聚多巴胺引入到CPC中，得到的复合物早期矿化能力增强，且与骨的早期结合强度提高。

在聚多巴胺改性的HA研究中，Xu等[32]证实改性后HA/聚酰胺66（hydroxyapatite/polyamide66，HA/P66）的骨诱导性增强。

纳米HA具有骨诱导和骨整合的潜能，被广泛用于促进骨再生的研究[33-34]。

Gao等[35]将HA通过聚多巴胺改性，生成纳米HA，后经共轭静电纺丝技术将其加入到聚已酸内酯基质网中，构成复合纳米纤维网，利于干细胞吸附及分化。

此外，在牙周病骨缺损修复时，经聚多巴胺负载HA的聚四氟乙烯表现出骨传导和骨诱导的特性，既能阻止外部纤维组织的长入，又能保证自身骨组织快速愈合[36]。

在骨缺损修复中，骨组织依靠自身的愈合能力，并在具有骨诱导及骨传导特性的外界介质帮助下，逐步使骨缺损部愈合，实现骨再生。

骨形态发生蛋白2（bonemorphogeneticprotein-2，BMP-2）是一种高效的骨诱导因子，且重组人BMP-2亦被证实能增强成骨，Chen等[37]经聚多巴胺负载重组BMP-2于聚乳酸植入物中，该因子在植入区稳定适量释放，可增强干细胞的附着及成骨效果。

该方法若能适用于其他生长因子，将有望拓宽聚多巴胺在生物医学领域的应用范围。

综上所述，聚多巴胺的负载作用使被负载体具备抗菌和/或促进骨愈合的能力，若该作用的稳定性进一步加强，贻贝仿生技术将能更好地应用于口腔种植与骨增量。

4展望

目前，贻贝仿生技术的研究主要集中于聚多巴胺的负载作用，以及多巴胺中儿茶酚结构的生物粘附作用。

然而，迄今为止尚不能完全模仿贻贝类生物的生物粘附作用，多巴胺中的儿茶酚结构只是冰山一角，将来若能精确解析出儿茶酚结构同贻贝粘附蛋白间的正确关系，求证出贻贝粘附蛋白发挥生物粘附作用的本质，将大大促进贻贝仿生技术在生物医学中的应用[38]。

在口腔医学中，牙体缺损修复的目标是预防缺损的发生。

经聚多巴胺涂覆的牙面可抑制唾液黏蛋白的粘附及细菌生物膜的形成，达到预防龋损的目的[39]。

在牙髓再生领域中，基于聚多巴胺的负载作用构建的组织工程支架可期为牙髓再生提供细胞生长的三维空间。

在颌面部的缺损修复中，依靠聚多巴胺的负载作用、儿茶酚结构的生物粘附作用，机体将可充分发挥自愈合能力，使组织快速愈合，减少疤痕形成，保证颌面部的美观与功能。

[参考文献]

[1]PodsiadloP,LiuZ,PatersonD,etal.Fusionofseashellnacreandmarinebioadhesiveanalogs:

high-strengthnanocompositebylayer-by-layerassemblyofclayandl-3,4-dihydroxyphenylalaninepolymer[J/OL].AdvMater，2007，19（7）：

949-955[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1002/adma.200602706.

[2]WaiteJH,TanzerML.Polyphenolicsubstanceofmytilusedulis:

noveladhesivecontainingl-dopaandhydroxyproline[J].Science，1981，212（4498）：

1038-1040.

[3]ZhaoH,WaiteJH.Linkingadhesiveandstructuralproteinsintheattachmentplaqueofmytiluscalifornianus[J/OL].JBiolChem，2006，281（36）：

26150-26158[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1074/jbc.M604357200.

[4]MaierGP,RappMV,WaiteJH,etal.Adaptivesynergybetweencatecholandlysinepromoteswetadhesionbysurfacesaltdisplacement[J/OL].Science，2015，349（6248）：

628-632[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1126/science.aab0556.

[5]HongS,KimKY,WookHJ,etal.Attenuationoftheinvivotoxicityofbiomaterialsbypolydopaminesurfacemodification[J/OL].Nanomedicine，2011，6（5）：

793-801[2019-02-27].https:

//doi.org/10.2217/nnm.11.76.

[6]LeeH,DellatoreSM,MillerWM,etal.Mussel-inspiredsurfacechemistryformultifunctionalcoatings[J/OL].Science，2007，318（5849）：

426-430[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1126/science.1147241.

[7]WaiteJH.Musselpower[J/OL].NatMater，2008，7

（1）：

8-9[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1038/nmat2087.

[8]GanD,XuT,XingW,etal.Mussel-inspiredcontact-activeantibacterialhydrogelwithhighcellaffinity,toughness,andrecoverability[J/OL].AdvFunctMater，2018，29

（1）：

1805964[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1002/adfm.201805964.

[9]ZhouYZ,CaoY,LiuW,etal.Polydopamine-inducedtoothremineralization[J/OL].ACSApplMaterInterfaces，2012，4（12）：

6901-6910[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1021/am302041b.

[10]SeoS,LeeDW,AhnJS,etal.Significantperformanceenhancementofpolymerresinsbybioinspireddynamicbonding[J/OL].AdvMater，2017，29（39）：

1703026[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1002/adma.201703026.

[11]ShinE,JuSW,AnL,etal.BioinspiredCatecholicPrimersforRigidandDuctileDentalResinComposites[J/OL].ACSApplMaterInterfaces，2018，10

（2）：

1520-1527[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1021/acsami.7b14679.

[12]LeeSB,Gonzá

lez-CabezasC,KimKM,etal.Catechol-functionalizedsyntheticpolymerasadentaladhesivetocontaminateddentinsurfaceforacompositerestoration[J/OL].Biomacromolecules，2015，16（8）：

2265-2275[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1021/acs.biomac.5b00451.

[13]YiM,SunH,ZhangH,etal.Flexiblefiber-reinforcedcompositeswithimprovedinterfacialadhesionbymussel-inspiredpolydopa-mineandpoly（methylmethacrylate）coating[J/OL].MaterSciEngCMaterBiolAppl，2016，58：

742-749[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.msec.2015.09.026.

[14]张洪程.生物粘附分子对Bis-GMA基口腔粘结剂的改进研究[D].北京：

北京化工大学，2016.

[15]GrassoJE.Dentureadhesives[J].DentClinNorthAm，2004，48（3）：

721-733.

[16]DohertyK,ConnorM,CruickshankR.Zinc-containingdentureadhesive:

apotentialsourceofexcesszincresultingincopperdeficiencymyelopathy[J/OL].BritDentJ，2011，210（11）：

523-525[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1038/sj.bdj.2011.428.

[17]AfrinLB.Fatalcopperdeficiencyfromexcessiveuseofzinc-baseddentureadhesive[J/OL].AmJMedSci，2010，340

（2）：

164-168[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1097/MAJ.0b013e3181e3648c.

[18]Tezvergil-MutluayA,CarvalhoRM,PashleyDH.Hyperzincemiafromingestionofdentureadhesives[J/OL].JProsthetDent，2010，103（6）：

380-383[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/S0022-3913（10）60081-9.

[19]GillSK,RoohpourN,TophamPD,etal.Tunabledentureadhesivesusingbiomimeticprinciplesforenhancedtissueadhesioninmoistenvironments[J/OL].ActaBiomater，2017，63：

326-335[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.actbio.2017.09.004.

[20]AiM,DuZ,ZhuS,etal.Compositeresinreinforcedwithsilvernanoparticles-ladenhydroxyapatitenanowiresfordentalapplication[J/OL].DentMater，2016，33

（1）：

12-22[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.dental.2016.09.038.

[21]ChoHJ,NamKS.InhibitoryeffectofginkgolideBonplateletaggregationinacAMP-andcGMP-dependentmannerbyactivatedMMP-9[J].JBiochemMolBiol，2007，40（5）：

678-683.

[22]FangH,LiQL,HanM,etal.Anti-proteolyticpropertyandbondingdurabilityofmusseladhesiveprotein-modifieddentinadhesiveinterface[J/OL].DentMater，2017，33（10）：

1705-1083[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.dental.2017.07.008.

[23]LiuM,LuoG,WangY,etal.Nano-silver-decoratedmicrofibrouseggshellmembrane:

processing,cytotoxicityassessmentandoptimization,antibacterialactivityandwoundhealing[J/OL].SciRep，2017，7

（1）：

436[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1038/s41598-017-00594-x.

[24]WuH,LiF,WangS,etal.CeriananocrystalsdecoratedmesoporoussilicananoparticlebasedROS-scavengingtissueadhesiveforhighlyefficientregenerativewoundhealing[J/OL].Biomaterials，2018，151：

66-77[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.10.018.

[25]LuH,YanL,WangK,etal.Tough,self-healableandtissue-adhesivehydrogelwithtunablemultifunctionality[J/OL].NPGAsiaMater，2017，9（4）：

e372[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1038/am.2017.33.

[26]JeonEY,HwangBH,YangYJ,etal.Rapidlylight-activatedsurgicalproteinglueinspiredbymusseladhesionandinsectstructuralcrosslinking[J/OL].Biomaterials，2015，67：

11-19[2019-02-27].https:

//doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.07.014.

[27]MoraschiniV,