富血小板纤维蛋白修复骨缺损的实验研究
戴勇中1 严国安1 叶 平2 刘 阳1
1.江西省鹰潭市中医院口腔科,江西鹰潭 335000;2.江西泰康拜博口腔医院,江西南昌 330000
[摘要]目的 探讨富血小板纤维蛋白在骨缺损愈合中的作用,为临床应用提供参考。方法 在健康雄性山羊的下颌骨制备3个直径6 mm、厚2 mm 圆形骨缺损,前2个缺损放置富血小板纤维蛋白(实验组)、口腔修复膜(修复膜组),最后一组不放置填充物(空白组)。分别在术后4、8 及12 周制取标本,行组织学观察和骨形态计量学分析,比较三组的成骨效果。结果 镜下观察显示,术后4、8、12 周实验组和修复膜组缺损区成骨效果均好于空白组,成骨细胞活跃,骨小梁粗而排列有序;空白组成骨效果较差,骨小梁较细,纤维成分较多。骨计量学结果显示,在术后4、8 和12周,实验组和修复膜组的骨小梁面积百分比均高于空白组,差异有统计学意义(P<0.05);而实验组和修复膜组的骨小梁面积百分比比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 在实验性骨缺损中,富血小板纤维蛋白有促进成骨作用。
[关键词]富血小板纤维蛋白;血小板浓缩物;骨缺损;口腔修复膜
种植牙已广泛应用于缺牙的修复,而牙周炎、慢性根尖周炎及囊肿等疾病常造成牙槽骨的吸收破坏,导致缺牙区骨宽度和高度的不足。临床上常用自体骨、骨移植材料结合胶原膜行引导骨再生术恢复缺牙区的骨量不足[1]。但这些方法的缺点是术后反应较大、完全成骨时间较长,自体骨供区受限,供区不适感等问题[2]。因此一些富含生长因子的血小板浓缩物用于临床以减少创伤、促进组织愈合。较早应用的是富血小板血浆,富血小板纤维蛋白(plateletrich fibrin,PRF)是第二代血小板浓缩物[3-4]。据报道,PRF 在牙槽脊保存术、上颌窦提升术及即刻种植等方面有促进骨愈合作用[5-7],但单一PRF 在骨缺损的引导骨再生术中的作用尚报道较少[8]。本研究拟通过制备动物骨缺损模型,观察PRF 在骨缺损愈合中的作用。
1 材料与方法
1.1 实验动物
选用健康雄性山羊6 只,9~12月龄,体重19~25 kg。实验动物预饲养2周,保持羊舍通风卫生。
1.2 主要仪器与材料、试剂
1.2.1 主要仪器 新康80-1 医用离心机(江苏新康医疗);5 mL 采血试管(江苏新康);W&H种植机(奥地利W&H 公司);灭菌手术器械包(手术刀柄、骨膜剥离器、环形取骨钻、持针器、拉勾、挖勺、镊子、剪刀);奥林巴斯光学显微镜(日本);HPIAS-2000H 彩色病理图文分析系统(武汉千屏)。
1.2.2 主要材料、试剂 海奥口腔修复膜(B型1.5 mm×2 mm,烟台正海生物技术公司)、克林霉素磷酸酯注射液(华北制药,规格:2 mL/0.3 g)。
1.3 实验分组及处理
1.3.1 实验分组 在实验动物的下颌骨左右侧各制备三个缺损。三个缺损采用不同的处理,分别为实验组、修复膜组、空白组。分为三个时间段(术后4、8 和12周)观察实验结果。每个时间段各处理组的实验动物为2只。
1.3.2 实验处理 术前禁食12 h,用3%戊巴比妥钠麻醉。在耳缘静脉采血5 mL,将采血管放入离心机离心10 min(3000 r/min)。离心结束后取出试管并观察试管内血液是否凝固形成纤维蛋白凝胶。如制取失败,则重新取血制备。2%碘伏消毒术区、铺巾,在羊的右侧下颌从尖牙远中向后做一切口。翻瓣露出下颌骨壁,注意勿伤及颏神经束。在冷冻0.9%氯化钠溶液冷却下,用取骨钻制备3个直径6 mm、厚约2 mm 的圆形缺损。从采血管取出纤维蛋白凝胶置于无菌纱布上,轻压并修剪成约1 mm 厚、长宽约16 mm×8 mm大小的PRF 膜。将PRF 膜放置实验组缺损区,修复膜组缺损区放置海奥修复膜,空白组缺损区不放置充填物。将黏膜瓣复位缝合。以同法在左侧制备三个缺损,采取与对侧相同处理。术后肌注克林霉素0.9 g/d,2%碘伏液轻拭术区,连用4 d。在2 周内完成所有动物实验,并记录手术时间。为保证实验的一致性,手术的主操作者为同一人。
1.4 观察指标
在术后4周处死2 只实验动物,制取术区标本,大体观察术区愈合情况。以各组术区为中心用骨锯截取8 mm×8 mm×3 mm 的小骨块;将骨块标本送病理室制作HE 切片,显微镜下观察切片成骨细胞及骨小梁的形态和大小。在100 倍放大率下,在每个标本不同部位采集5个图像(各处理组的样本量为2×2×5),用彩色病理图文软件测量每幅图像面积和图像内的骨小梁面积,并计算骨小梁面积百分比(骨小梁面积/图像面积)。同样,术后8 周处死2 只实验动物,进行上述指标观察;术后12 周再处死2 只实验动物,进行上述指标观察。
1.5 统计学方法
采用SPSS 14.0 统计学软件进行数据分析,计量资料用均数±标准差(±s)表示,多组间进行方差分析,组间两两比较采用LSD-t 检验,以P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 大体观察
实验动物无死亡,创口无感染,软组织形态正常。骨面愈合情况如下。4周:实验组与修复膜组骨缺损区中间略有凹陷;空白组凹陷较大。8周:实验组与修复膜组缺失区骨面基本长齐,但表面有颗粒感;空白组缺损区未长平。12周:三组骨缺损区已基本长平,差别不明显。
2.2 组织学观察
在100×显微镜下观察,结果见图1(封四)。4周:实验组缺损区可见新生骨小梁,其表面有类骨质和成骨细胞,成骨细胞成排排列,结缔组织内细胞多;修复膜组骨小梁、成骨细胞与实验组相似;空白组骨小梁形成较少,排列稀疏,结缔组织丰富。8周:实验组可见大片的骨小梁,骨细胞丰富,结缔组织较少,胶原纤维较多;修复膜组骨小梁增多,交织成网,骨小梁内骨细胞丰富,结缔组织较少;空白组骨小梁相对纤细,骨细胞少见,纤维结缔组织较多。12周:实验组骨小梁增厚增多,交织成网,骨胶原纤维排列整齐,骨细胞丰富,胶原纤维较少;修复膜组骨小梁增多,相互交织,骨胶原纤维增多,纤维成分较少;空白组骨小梁交织成网,纤维结缔组织较多。

 
图1 术后4、8 及12 周时不同处理组标本显微镜下图像(HE,100×)
A:术后4周实验组;B:术后4周修复膜组;C 术后4周空白组;D:术后8 周实验组;E:术后8 周修复膜组;F:术后8 周空白组;G:术后12 周实验组;H:术后12 周修复膜组;I:术后12 周空白组
2.3 骨计量学分析
三组在术后4、8 和12 周时骨小梁面积及其百分比的均值见表1。骨计量学分析结果显示,在术后4、8 和12周,实验组和修复膜组骨小梁面积百分比均高于空白组,差异有统计学意义(P<0.05);而实验组和修复膜组的骨小梁面积百分比比较,差异无统计学意义(P>0.05)。
3 讨论
一般动物实验时应考虑以下几个方面[9]:有较好的可重复性;与研究对象比较相似;拟研究的内容在动物模型上得到较好的反映;符合动物医学伦理原则。本实验采用山羊作为实验动物,是考虑到羊性情温顺,方便麻醉和手术。羊作为较大体型动物,其组织结构和人类较为近似。为研究PRF 的成骨效果,本实验在羊的下颌骨制备骨缺损放置PRF 作为实验组,并设置了一个修复膜组和一个空白组作为对照。修复膜组用海奥口腔修复膜覆盖缺损区,隔离纤维结缔组织,引导骨再生。空白组骨缺损区不放置充填材料。
表1 三组在术后4、8 和12 周时的骨小梁面积及百分比的比较*

 
*:每幅图像面积均为34 cm2
本实验结果显示,在术后4、8 及12 周三个时间段实验组和修复膜组骨缺损区成骨活跃、骨小梁面积和百分比都较空白组好,差异有统计学意义(P<0.05)。实验组和修复膜组骨小梁面积百分比比较,差异无统计学意义(P>0.05)。提示PRF 有较好的促进成骨作用,与口腔修复膜的成骨效果相似。空白组的成骨效果较差,表明本实验较好地排除了机体自愈能力造成的干扰。付冬梅等[10]在用比格犬观察PRF 成骨效果的实验中,实验组用PRF 置入骨缺损,对照组设置自体骨+胶原膜组及Bioss 骨粉+胶原膜组,发现在3、6个月时实验组较两个对照组的成骨效果更优。蒋思静等[11]发现运用自体髂骨骨松质联合PRF 修复牙槽嵴裂的效果较单用自体骨的效果好。上述研究与本实验结论较为一致。
海奥口腔修复膜是异种脱细胞真皮基质,是皮肤组织经物理、化学的方法去除细胞成分,保留细胞外基质而形成,主要成分为Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维[12]。作为一种可吸收屏障膜,口腔修复膜引导骨再生的效果较为可靠,但在临床使用中也有一定的缺点,存在膜暴露感染、膜塌陷移位、抗原性风险及术后肿胀反应较明显等问题[13]
血小板浓缩物由于含有多种生长因子而被用来促进组织愈合,改善术后反应。应用较早的是富血小板血浆,其制备过程需加入抗凝剂和凝血酶[3]。PRF 是Dohan 等[14]报道的一种新一代血液浓缩物。PRF 的优点是富含纤维蛋白、血小板生长因子及白细胞;制备简单,只需一次离心就可完成;不含抗凝剂和凝血酶等生物制剂。有研究表明PRF 能促进成骨相关细胞的分化和增殖,如Dohan Ehrenfest 等[15]认为PRF 通过促进骨髓干细胞的增殖,提高成骨细胞蛋白激酶和骨保护素的表达,从而促进成骨细胞的生长。杨颖等[16]通过实验认为PRF 混合自体骨髓浓缩物可显著加快新骨再生的速度。
研究认为PRF 的生物学作用与其富集的多种生长因子、白细胞及其三维空间结构有关[17]。PRF 富含的生长因子有转化生长因子-β(TGF-β)、血小板衍生因子(PDGF)、血管内皮生长因子(VEGF)及胰岛素样生长因子(IGF)等[18]。TGF-β 可促进成骨细胞前体趋化及有丝分裂、刺激成骨细胞沉积于骨胶原基质中;PDGF 可促进间充质细胞迁移、增殖及分化;VEGF 可促进组织血管生成;IGF 能促进间充质细胞的增殖。PRF 中的白细胞可释放细胞因子白介素-1β(IL-1β)、IL-4、IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等[19]。这些细胞因子有调节免疫、抵抗感染,促进组织愈合的作用。PRF 中的纤维蛋白在生理性聚合过程中相互交织,形成坚韧微孔的三维空间结构[20]。这种结构有利于缓慢释放其中的生长因子,并可作为细胞迁移、增殖分化的支架。报道显示,PRF 生长因子的释放7~14 d 达到高峰[21],而PRP 生长因子的释放第1 天就达到高峰。罗晓丁等[22]通过免疫组化的方法检测到PRF 中IL-1β、IL-4、IL-6、TNF、PDGF BB、TGF-β1 呈阳性表达,认为这些因子与纤维蛋白共同作用使PRF 具有降低感染和促进组织愈合的作用。
综上所述,PRF 有较好的促进骨愈合作用。相比于修复膜,PRF 来源于自身血液,生物相容性好,组织反应较轻,抗感染能力好,制备简单,因此有较好的应用前景。但由于本实验为动物实验,PRF 的实际效果还有待于进一步研究。
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Experimental study of platelet-rich fibrin in bone defect repair
DAI Yong-zhong1 YAN Guo-an1 YE Ping2 LIU Yang1
1.Department of Stomatology,Yingtan Hospital of Traditional Chinese Medicine,Jiangxi Province,Yingtan 335000,China;2.Jiangxi Taikang Baibo Dental Hospital,Jiangxi Province,Nanchang 330000,China
[Abstract]Objective To explore the effect of the platelet-rich fibrin in the healing of bone defects,to provide reference for clinical application.Methods Three round bone defects (diameter 6 mm,thickness 2 mm) were made on the mandible of healthy male goats.Platelet-rich fibrin (experimental group) and oral repair membrane (repair membrane group) were filled in the first two defects,and the final defect was empty (blank group).The specimens were made at 4,8 and 12 weeks after operation for microscopy observation and osteometric analysis,and the osteogenic effect was compared in the three groups.Results There were many orderly arranged osteoblasts and trabeculaes in the experimental group and repair membrane group while there were fewer trabeculaes and more fibers in the blank group under microscopy at 4,8 and 12 weeks after operation,which indicated that the experimental group and repair membrane group had better osteogenic effect than the blank group.Osteometric analysis showed that at 4,8 and 12 weeks after operation,the percentage of trabecular area in the experimental group and the repair membrane group was higher than that in the blank group,the difference was statistically significant (P<0.05).But there was no significant difference in the percentage of trabecular area between the experimental group and the repair membrane group (P>0.05).Conclusion Platelet-rich fibrin can promote osteogenesis in experimental bone defects.
[Key words]Platelet-rich fibrin;Platelet concentrate;Bone defect;Oral repair membrane
[中图分类号]R782
[文献标识码]A
[文章编号]1674-4721(2021)2(c)-0013-04
[基金项目]江西省鹰潭市科技计划项目(YKZ20180072)
[作者简介]戴勇中(1979-),男,汉族,江西上饶人,硕士,主治医师,研究方向:口腔种植
(收稿日期:2020-01-21)