浙江大學(xué)化學(xué)系的唐？到淌诩磳⒂瓉(lái)一次“長(zhǎng)”牙的體驗(yàn)。他帶領(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，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(wú)縫連結(jié)，渾然一體。
德國(guó)著名生物礦化學(xué)家、康斯坦茲大學(xué)Helmut C?lfen教授評(píng)價(jià)說(shuō)：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)。
論文8月30日在線發(fā)表在Science Advances（《科學(xué)進(jìn)展》）雜志。論文第一作者為化學(xué)系邵長(zhǎng)鵒博士，共同通訊作者為化學(xué)系劉昭明博士。
圖：人牙修復(fù)實(shí)驗(yàn)
最“硬”的挑戰(zhàn)
資料顯示，牙釉質(zhì)的摩氏硬度（一種相對(duì)硬度的表示方法）比金剛石略低，與水晶相當(dāng)，是人體中最硬的天然生物材料。這層包裹于牙齒表面的半透明的物質(zhì)，厚度約為2 毫米左右，其無(wú)機(jī)礦物含量高達(dá)96%。邵長(zhǎng)鵒介紹，牙釉質(zhì)近似于一層天然的無(wú)機(jī)晶體礦物，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(guò)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，于是我們能夠自如地切割、研磨食物。
圖：牙齒的剖面結(jié)構(gòu)
牙釉質(zhì)作為高度礦化的生物組織，幾乎可被視為純無(wú)機(jī)物，由于缺乏包括細(xì)胞在內(nèi)的生物有機(jī)基質(zhì)，因此無(wú)法再生。自恒牙長(zhǎng)成的第一天起，牙釉質(zhì)就在緩慢地消耗著，細(xì)菌酵解食物中的糖類(lèi)物質(zhì)釋放出酸以及酸性飲料都會(huì)加速它的消耗。一旦牙釉質(zhì)的防線被突破，整顆牙就像失去了保護(hù)傘。讓很多人噩夢(mèng)般痛苦的蛀牙，都是從牙釉質(zhì)的破壞開(kāi)始的。
修復(fù)牙釉質(zhì)，堪稱(chēng)是仿生領(lǐng)域一項(xiàng)最“硬”的挑戰(zhàn)，科學(xué)家們沒(méi)有停止過(guò)嘗試。常見(jiàn)的補(bǔ)牙材料，例如復(fù)合樹(shù)脂、陶瓷和汞合金等，它們幾乎發(fā)揮著“填料”的功能，適用于“大洞”修補(bǔ)，但對(duì)小缺小裂卻填不進(jìn)去，并且與天然組織之間也不能完全結(jié)合，所以，補(bǔ)牙之后醫(yī)生一定會(huì)叮囑你，咬螃蟹，嗑核桃之類(lèi)的事就屬于危險(xiǎn)動(dòng)作了；在其他一些實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家還嘗試了仿生礦化的方法，由于牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，過(guò)去還無(wú)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(méi)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(shuō)。
兩滴修補(bǔ)液，“長(zhǎng)”出牙釉質(zhì)
唐睿康團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的修復(fù)策略，有望將牙修復(fù)從“填補(bǔ)”時(shí)代帶入到“仿生再生”階段。
圖：不同再生時(shí)期，人牙釉質(zhì)的掃描電鏡圖片（6小時(shí)，12小時(shí)和48小時(shí)）。藍(lán)色區(qū)域是天然牙釉質(zhì)，綠色區(qū)域是修復(fù)后的牙釉質(zhì)。黑色標(biāo)尺為1微米。
研究團(tuán)隊(duì)成員將富含磷酸鈣團(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，等待。接下來(lái)的48小時(shí)里，雖然肉眼看不出任何變化，但事實(shí)上，牙齒表面已經(jīng)發(fā)生了“翻天覆地”的進(jìn)展——牙釉質(zhì)長(zhǎng)出來(lái)了！齲齒的表面首先形成了一個(gè)仿生礦化前沿，”唐？嫡f(shuō)，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(lái)晶體的外沿生長(zhǎng)，讓羥基磷灰石長(zhǎng)出類(lèi)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)測(cè)量顯示，48小時(shí)后，牙釉質(zhì)“長(zhǎng)”高了2~3微米。“也就是說(shuō)，牙齒上長(zhǎng)出了一種連續(xù)的材料，一個(gè)與原組織一模一樣、完全結(jié)合的生物結(jié)構(gòu)！鄙坶L(zhǎng)鵒說(shuō)。
劉昭明說(shuō)，大概在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(guò)程，“斑馬魚(yú)骨骼的生長(zhǎng)，海膽的刺的生長(zhǎng)，都是一個(gè)在無(wú)定形礦物層上實(shí)現(xiàn)晶體外延生長(zhǎng)的過(guò)程，我們發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)牙的修復(fù)過(guò)程與生物的成骨過(guò)程非常類(lèi)似。”
在臨床醫(yī)生看來(lái)，這幾乎是目前最接近臨床應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品。浙大校醫(yī)院、浙大醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院的醫(yī)生們很支持，把一罐罐的牙齒標(biāo)本往實(shí)驗(yàn)室送！八晕覀兪侵苯釉谌搜郎献鰧(shí)驗(yàn)！鄙坶L(zhǎng)鵒說(shuō)，“兩年下來(lái)，做過(guò)實(shí)驗(yàn)的牙齒可以裝滿一個(gè)臉盆。”
最真牙釉質(zhì)
“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！眲⒄衙鲗(duì)這一研究十分自信。
圖：?jiǎn)晤w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)橛梦覀儾牧闲迯?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。
“真”到什么程度？邵長(zhǎng)鵒第一次拿修復(fù)后的電鏡照片給唐教授看，唐教授端詳了半天，將信將疑：“這還是原來(lái)的牙吧，是不是修復(fù)材料脫落了？”沒(méi)多解釋?zhuān)坶L(zhǎng)鵒回去重新做實(shí)驗(yàn)。這一次，他建立了對(duì)照組，把整顆牙分為兩部分，其中一半滴上修補(bǔ)液并修補(bǔ)液里添加了熒光指示劑。這樣一來(lái)，證據(jù)充分了：雖然電鏡圖辨別不出人工修補(bǔ)的痕跡，但熒光劑指示了修補(bǔ)的具體位置。確實(shí)，人工牙釉質(zhì)已達(dá)到了“以假亂真”的效果，即便是牙醫(yī)也不能通過(guò)已有的經(jīng)驗(yàn)分辨出修復(fù)前后的牙釉質(zhì)。
研究還進(jìn)一步測(cè)試了修復(fù)材料的力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)人員用納米壓痕技術(shù)測(cè)試牙釉質(zhì)修復(fù)層的力學(xué)強(qiáng)度。結(jié)果顯示，長(zhǎng)出來(lái)的人工牙釉質(zhì)，其硬度和彈性模量與天然牙釉質(zhì)的數(shù)值幾乎相同。“也就是說(shuō)，我們不但在結(jié)構(gòu)、外形上修復(fù)了，在力學(xué)性能上也實(shí)現(xiàn)了修復(fù)。”劉昭明說(shuō)。
巧的是，唐？当救说拈T(mén)牙上有一處隱裂，牙醫(yī)說(shuō)縫太細(xì)，目前的醫(yī)學(xué)手段修不了。這項(xiàng)研究有了進(jìn)展后，唐教授主動(dòng)提議在自己身上做實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展仿生礦化牙釉質(zhì)修復(fù)的驗(yàn)證，屆時(shí)科學(xué)家又要開(kāi)始“長(zhǎng)牙”了。
當(dāng)然，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！半m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？煽嘏c有效。”邵長(zhǎng)鵒說(shuō)。
這項(xiàng)研究受到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。項(xiàng)目結(jié)題時(shí)，唐教授被修復(fù)的牙齒將是其中一份“答卷”。
