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只需兩滴“神奇”藥水就能“長(zhǎng)”牙釉質(zhì)，這不是天方夜譚。近日，浙江大學(xué)化學(xué)系教授唐?？祹ьI(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明出一種仿生修補(bǔ)液，在牙釉質(zhì)的缺損處滴上兩滴，就能在48小時(shí)內(nèi)在缺損表面“長(zhǎng)”出2.5微米晶體修復(fù)層，其成分、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能與天然牙釉質(zhì)幾乎一致，并與原有組織無縫連結(jié)，渾然一體。

8月30日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》在線發(fā)表論文介紹，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種“藥水”——仿生修補(bǔ)液，在牙釉質(zhì)的缺損處滴上兩滴，48小時(shí)內(nèi)缺損表面能“長(zhǎng)”出2.5微米晶體修復(fù)層，其成分、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能與天然牙釉質(zhì)幾乎一致，并與原有組織無縫連結(jié)。

浙江大學(xué)化學(xué)系教授唐睿康、化學(xué)系博士劉昭明為該論文的共同通訊作者，化學(xué)系博士邵長(zhǎng)鵒系第一作者。據(jù)浙江大學(xué)官網(wǎng)報(bào)道，劉昭明對(duì)團(tuán)隊(duì)的這次成果非常自信，“我們用了與人體相同的材料，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的完全修復(fù)，和本體組織幾乎一模一樣。”

而德國(guó)著名生物礦化學(xué)家、康斯坦茲大學(xué)Helmut教授也給出高度評(píng)價(jià)：這是我所知道的迄今為止最好的牙釉質(zhì)修復(fù)材料，有望在臨床上真正實(shí)現(xiàn)牙釉質(zhì)的原位修復(fù)。

人體最堅(jiān)硬的“消耗品”

牙釉質(zhì)，也稱為琺瑯質(zhì)，是牙齒最外層的組織，為哺乳動(dòng)物體內(nèi)最堅(jiān)硬的組織，其摩氏硬度(利用礦物的相對(duì)刻劃硬度劃分礦物硬度的標(biāo)準(zhǔn))僅比金剛石略低，與水晶相當(dāng)。

成熟的牙釉質(zhì)96-99%由無機(jī)礦物(主要為鈣和磷)組成，其他為水及有機(jī)物，這層半透明的物質(zhì)厚度約為2毫米左右。

邵長(zhǎng)鵒介紹，無機(jī)礦物含量高達(dá)96%的牙釉質(zhì)近似于一層天然的無機(jī)晶體礦物。其主要是成分是羥基磷灰石晶體，其排布非常致密，纖維狀的納米羥基磷灰石首先通過緊密聚集形成直徑約5微米的釉柱，然后這些釉柱進(jìn)一步交叉排列形成高度有序的層級(jí)結(jié)構(gòu)，讓牙釉質(zhì)堅(jiān)如磐石。

正因如此，人類才能夠用牙齒自如地切割、研磨食物。

但值得注意的是，牙釉質(zhì)內(nèi)部并不具有包括細(xì)胞在內(nèi)的生物有機(jī)基質(zhì)，它不會(huì)再生。人類的牙齒一旦由乳牙換成恒牙后，牙釉質(zhì)就處于被不斷消耗的過程不可能過程?？谇粌?nèi)殘留食物在微生物作用下釋放出酸類，以及酸性飲料等，則會(huì)加速牙釉質(zhì)的消耗。

論文中提到，雖然牙釉質(zhì)的形成是整個(gè)生物發(fā)育過程的一部分，但成熟的牙釉質(zhì)是沒有細(xì)胞的，損傷后基本不能自我修復(fù)。

可以說，齲齒，俗稱的蛀牙等牙齒疾病，都從牙釉質(zhì)的“失防”開始。而齲齒也是全球最常見的慢性疾病之一。

目前臨床上常見的復(fù)合樹脂、陶瓷等修補(bǔ)措施常用于“大洞”修補(bǔ)。此次唐睿康等人則從著眼于牙釉質(zhì)的小面積缺損，補(bǔ)救時(shí)間也更為提前。

此前也有其他實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家嘗試仿生礦化的方法，但由于牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，過去還無法有效獲得與天然釉質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)一致的大面積修復(fù)層，達(dá)不到臨床應(yīng)用要求，也沒能真正在牙齒上實(shí)現(xiàn)修復(fù)。

“理想的修復(fù)方法，應(yīng)該是材料、結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能三者的統(tǒng)一，而且能實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)。”劉昭明說。

從“填補(bǔ)”時(shí)代到“仿生再生”

唐?？祱F(tuán)隊(duì)則從生物成骨過程啟發(fā)。2000年前后，隨著觀測(cè)手段的進(jìn)步，科學(xué)家得以觀察到動(dòng)物的成骨過程，“斑馬魚骨骼的生長(zhǎng)，海膽的刺的生長(zhǎng)，都是一個(gè)在無定形礦物層上實(shí)現(xiàn)晶體外延生長(zhǎng)的過程。”劉紹明說。

由此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的修復(fù)策略。他們提出，基于HAP(羥基磷灰石)和無定形磷酸鈣(ACP)的合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可能模擬生物礦化前沿誘導(dǎo)牙釉質(zhì)外延再生。

團(tuán)隊(duì)此前的研究表明，20納米左右的 ACP顆?？梢晕缴踔两M裝到牙釉質(zhì)HAP晶體上，但這些顆粒不能誘導(dǎo)牙釉質(zhì)晶體外延生長(zhǎng)。一般來說，粒子間的結(jié)合和融合在較小的尺寸下更容易發(fā)生。

然而，一個(gè)新的問題出現(xiàn)了：可誘導(dǎo)HAP生長(zhǎng)的ACP顆粒的最小尺寸是多少?最近的研究表明，無論是大小為0.95納米的波斯納原子簇(Posner’s clusters)，還是只有幾納米大小的磷酸鈣離子團(tuán)簇(CPICs)，都可以作為ACP和HAP的基本組成部分。但是，這些超小離子團(tuán)簇本身極不穩(wěn)定，可以在幾秒鐘內(nèi)自發(fā)聚集甚至成核。

研究團(tuán)隊(duì)研究出一種新型的磷酸鈣團(tuán)簇(CPICs)。將富含磷酸鈣團(tuán)簇的溶液，用滴管滴在人工齲齒表面，隨后將其放入到一個(gè)模擬口腔唾液環(huán)境的溶液中。新的牙釉質(zhì)在接下來的48小時(shí)內(nèi)長(zhǎng)出。

“齲齒的表面首先形成了一個(gè)仿生礦化前沿。”唐睿康說，這個(gè)仿生礦化前沿能完全的結(jié)合在需要修補(bǔ)的牙釉質(zhì)界面上，同時(shí)能引導(dǎo)接下來晶體的外沿生長(zhǎng)，讓羥基磷灰石長(zhǎng)出類似于釉柱結(jié)構(gòu)的晶體，并朝特定的方向有序排列。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，48小時(shí)后，牙釉質(zhì)“長(zhǎng)”高了2-3微米。進(jìn)一步的力學(xué)性能測(cè)試顯示，長(zhǎng)出來的人工牙釉質(zhì)硬度和彈性模量與天然牙釉質(zhì)的數(shù)值幾乎相同。而外形上更是“以假亂真”，電鏡圖辨別不出人工修補(bǔ)痕跡，即使牙醫(yī)也不能憑借經(jīng)驗(yàn)分辨出修復(fù)前后的牙釉質(zhì)。

單顆人牙的照片。左邊黑色區(qū)域?yàn)槲葱迯?fù)的牙，右側(cè)黃綠色區(qū)域?yàn)橛貌牧闲迯?fù)后的人牙(顏色是由熒光標(biāo)記物產(chǎn)生，用于區(qū)分兩個(gè)區(qū)域)。兩張插入圖是修復(fù)前后的牙釉質(zhì)掃描電鏡圖，白色標(biāo)尺為1微米。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該研究有望將牙修復(fù)從“填補(bǔ)”時(shí)代帶入到“仿生再生”階段。

值得一提的是，唐?？当救碎T牙上即有一處隱裂。他主動(dòng)提議未來在自己身上做實(shí)驗(yàn)，開展仿生礦化牙釉質(zhì)修復(fù)的驗(yàn)證。

不過，研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，如果要真正實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)還需經(jīng)歷嚴(yán)格的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床驗(yàn)證。“雖然我們實(shí)現(xiàn)了天然牙釉質(zhì)的結(jié)構(gòu)性原位修復(fù)，但牙缺損形式繁多，下一步需要針對(duì)不同的情況進(jìn)一步研發(fā)修復(fù)模型，確保可控與有效。”邵長(zhǎng)鵒說。