不同交聯程度之雙相型玻尿酸膠體於牙髓—牙本質組織再生之應用

Abstract

"應用組織工程技術促進牙髓-牙本質組織再生為現今研究趨勢。雙相型玻尿酸膠體材料（biphasic hyaluronic acid gel, biHAG）結合交聯型玻尿酸（crosslinked hyaluronic acid gel, cHAG）提供穩定立體結構，非交聯型玻尿酸（non-crosslinked hyaluronic acid gel, ncHA）易於生物降解釋放小分子玻尿酸促進血管新生的性質，做為支架材料應用於牙髓-牙本質組織再生深具潛力。本研究團隊使用1,4-丁二醇縮水甘油醚（1,4-butanediol diglycidal ether, BDDE）做為交聯劑所研發之biHAG，已被證實具有良好黏彈性、可注射性與良好生物相容性，但於活體皮下注射實驗結果發現biHAG生物降解時間過長，可能不利於牙髓-牙本質組織再生之應用。因此本研究目的為調整BDDE交聯反應濃度藉以改變cHAG交聯程度，進而調控biHAG生物降解性質，研發出適合應用於牙髓-牙本質組織再生之biHAG材料。以11%、8.25%、5.5% 之BDDE/HA（wt%）的條件分別製備高（H）、中（M）、低（L）三種不同交聯程度之2% cHAG，之後分別經420 μm（w）或250 μm（s）篩網製備出兩種不同尺寸之cHAG，再將2% cHAG與2% ncHA依設定比例混合製備出biHAGs。同時評估biHAGs之物理化學性質、體外與活體之生物相容性及降解行為，並使用de novo牙根植入實驗模型評估biHAGs促進牙髓-牙本質再生之能力。研究結果顯示降低BDDE/HA反應比例可降低cHAG之交聯度，其交聯修飾度（MoD）分別為14.87%（H）、8.42%（M）、5.29%（L）。同時隨交聯度降低，biHAGs的可注射性與生物降解性皆有提升，M與L組材料可通過30G注射針頭；在一天體外降解率方面，L組（46.5～48.8%）顯著高於H組（31.8～32.6%），而在16周小鼠皮下注射之活體生物降解率的表現，同樣是L組（41.6～50.4%）顯著高於H組（29.9～31.1%）。此外就粒徑分布而言，s組的材料在顆粒均勻度與可注射性表現上優於w組。此外，體外與活體研究證實不同交聯度biHAGs材料皆具有良好生物相容性。而於皮下注射動物實驗，不同交聯度biHAGs材料均可觀察到有纖維組織生成（fibrous tissue formation）與血管新生（angiogenesis），且隨著時間增長材料的降解與組織的增生都有明顯增加的趨勢。而將biHAGs與人類牙髓幹細胞（human dental pulp stem cells, hDPSCs）混合置入牙根片段的de novo牙根植入動物實驗結果顯示，H和M組於根管內有明顯較多的材料殘留，在靠近根尖開口處有少數纖維組織及血管生成，並伴隨多處發炎細胞浸潤與細胞碎片團塊；不過在少數樣本可觀察到鈣化程度不佳的類牙本質（dentin-like）結構生成，推測可能是材料剛性特質（stiffness）較高，有利於誘導細胞分化為牙本質母細胞。而不同於控制組在靠近根尖開口處長入富含血管的緻密結締組織與脂肪組織，L組材料在靠近根尖開口處可觀察到結構良好之纖維結締組織與血管組成的類牙髓組織（pulp-like tissue）生成，與根管壁相鄰處可觀察到有一層細胞排列，疑似為類牙本質母細胞（odontoblast-like cells），但沒有類牙本質組織的生成。總結而言，改變製程之BDDE/HA比例可調控cHAGs交聯度，進而影響biHAGs之黏彈性質、可注射性、生物可降解性、誘導組織生成特性等性質。低交聯之biHAG具有良好可注射性與生物相容性，生物降解性質適中可促進類牙髓組織生成，但在誘導類牙本質硬組織的能力不佳。而交聯較高之biHAGs雖在促進牙髓組織生成的能力不佳，但似乎具有誘導牙本質生成的潛力。未來若進一步結合不同交聯度biHAG之特性，其在牙髓–牙本質組織再生之可應用性將更具潛力。"