黑科技 | 牙齒有缺損？兩滴藥水，讓牙“長”出牙釉質(zhì)
圖：人牙修復(fù)實驗
撰文 | 周煒
● ● ●
浙江大學(xué)化學(xué)系的唐?？到淌诩磳⒂瓉硪淮巍伴L”牙的體驗。他帶領(lǐng)的研究團隊發(fā)明出一種仿生修補液，在牙釉質(zhì)的缺損處滴上兩滴，能在48小時內(nèi)在缺損表面“長”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。
相關(guān)論文Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth 8月30日在線發(fā)表于Science Advances（《科學(xué)進展》）雜志。論文第一作者為化學(xué)系邵長鵒博士，共同通訊作者為化學(xué)系劉昭明博士。德國著名生物礦化學(xué)家、康斯坦茲大學(xué)Helmut C?lfen教授評價說：
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現(xiàn)牙釉質(zhì)的原位修復(fù)。
最“硬”的挑戰(zhàn)
資料顯示，牙釉質(zhì)的摩氏硬度（一種相對硬度的表示方法）比金剛石略低，與水晶相當，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，其無機礦物含量高達96%。邵長鵒介紹，牙釉質(zhì)近似于一層天然的無機晶體礦物，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緊密聚集形成直徑約5微米的釉柱，然后這些釉柱進一步交叉排列形成高度有序的層級結(jié)構(gòu)，讓牙釉質(zhì)堅如磐石，于是我們能夠自如地切割、研磨食物。
牙釉質(zhì)作為高度礦化的生物組織，幾乎可被視為純無機物，由于缺乏包括細胞在內(nèi)的生物有機基質(zhì)，因此無法再生。自恒牙長成的第一天起，牙釉質(zhì)就在緩慢地消耗著，細菌酵解食物中的糖類物質(zhì)釋放出酸以及酸性飲料都會加速它的消耗。一旦牙釉質(zhì)的防線被突破，整顆牙就像失去了保護傘。讓很多人噩夢般痛苦的蛀牙，都是從牙釉質(zhì)的破壞開始的。
修復(fù)牙釉質(zhì)，堪稱是仿生領(lǐng)域一項最“硬”的挑戰(zhàn)，科學(xué)家們沒有停止過嘗試。常見的補牙材料，例如復(fù)合樹脂、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，但對小缺小裂卻填不進去，并且與天然組織之間也不能完全結(jié)合，所以，補牙之后醫(yī)生一定會叮囑你，咬螃蟹，嗑核桃之類的事就屬于危險動作了；在其他一些實驗室，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，過去還無法有效獲得與天然釉質(zhì)多級結(jié)構(gòu)一致的大面積修復(fù)層，達不到臨床應(yīng)用要求，也沒能真正在牙齒上實現(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，而且能實現(xiàn)原位修復(fù)。”劉昭明說。
兩滴修補液，“長”出牙釉質(zhì)
唐?？祱F隊提出了一種全新的修復(fù)策略，有望將牙修復(fù)從“填補”時代帶入到“仿生再生”階段。
圖：不同再生時期，人牙釉質(zhì)的掃描電鏡圖片（6小時，12小時和48小時）。藍色區(qū)域是天然牙釉質(zhì)，綠色區(qū)域是修復(fù)后的牙釉質(zhì)。黑色標尺為1微米。
研究團隊成員將富含磷酸鈣團簇的溶液，用滴管滴在人工齲齒表面，隨后將其放入到一個模擬口腔唾液環(huán)境的溶液中，等待。接下來的48小時里，雖然肉眼看不出任何變化，但事實上，牙齒表面已經(jīng)發(fā)生了“翻天覆地”的進展——牙釉質(zhì)長出來了?！褒x齒的表面首先形成了一個仿生礦化前沿，”唐睿康說，這個仿生礦化前沿能完全的結(jié)合在需要修補的牙釉質(zhì)界面上，同時能引導(dǎo)接下來晶體的實現(xiàn)外沿生長，讓羥基磷灰石長出類似于釉柱結(jié)構(gòu)的晶體，并朝特定的方向有序排列。實驗測量顯示，48小時后，牙釉質(zhì)“長”高了2~3微米?！耙簿褪钦f，牙齒上長出了一種連續(xù)的材料，一個與原組織一模一樣、完全結(jié)合的生物結(jié)構(gòu)。”邵長鵒說。
劉昭明說，大概在2000年前后，隨著觀測手段的進步，科學(xué)家得以觀察到動物的成骨過程，“斑馬魚骨骼的生長，海膽的刺的生長，都是一個在無定形礦物層上實現(xiàn)晶體外延生長的過程，我們發(fā)現(xiàn)，我們對牙的修復(fù)過程與生物的成骨過程非常類似?！?/p>
在臨床醫(yī)生看來，這幾乎是目前最接近臨床應(yīng)用的實驗室產(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，把一罐罐的牙齒標本往實驗室送?！八晕覀兪侵苯釉谌搜郎献鰧嶒??！鄙坶L鵒說，“兩年下來，做過實驗的牙齒可以裝滿一個臉盆?！?/p>
最真牙釉質(zhì)
“我們用了與人體相同的材料，實現(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@一研究十分自信。
圖：單顆人牙的照片。左邊黑色區(qū)域為未修復(fù)的牙，右側(cè)黃綠色區(qū)域為用我們材料修復(fù)后的人牙（顏色是由熒光標記物產(chǎn)生，用于區(qū)分兩個區(qū)域）。兩張插入圖是修復(fù)前后的牙釉質(zhì)掃描電鏡圖，白色標尺為1微米。
“真”到什么程度？邵長鵒第一次拿修復(fù)后的電鏡照片給唐教授看，唐教授端詳了半天，將信將疑：“這還是原來的牙吧，是不是修復(fù)材料脫落了？”沒多解釋，邵長鵒回去重新做實驗。這一次，他建立了對照組，把整顆牙分為兩部分，其中一半滴上修補液并修補液里添加了熒光指示劑。這樣一來，證據(jù)充分了：雖然電鏡圖辨別不出人工修補的痕跡，但熒光劑指示了修補的具體位置。確實，人工牙釉質(zhì)已達到了“以假亂真”的效果，即便是牙醫(yī)也不能通過已有的經(jīng)驗分辨出修復(fù)前后的牙釉質(zhì)。
研究還進一步測試了修復(fù)材料的力學(xué)性能，實驗人員用納米壓痕技術(shù)測試牙釉質(zhì)修復(fù)層的力學(xué)強度。結(jié)果顯示，長出來的人工牙釉質(zhì)，其硬度和彈性模量與天然牙釉質(zhì)的數(shù)值幾乎相同?！耙簿褪钦f，我們不但在結(jié)構(gòu)、外形上修復(fù)了，在力學(xué)性能上也實現(xiàn)了修復(fù)?！眲⒄衙髡f。
巧的是，唐睿康本人的門牙上有一處隱裂，牙醫(yī)說縫太細，目前的醫(yī)學(xué)手段修不了。這項研究有了進展后，唐教授主動提議在自己身上做實驗，開展仿生礦化牙釉質(zhì)修復(fù)的驗證，屆時科學(xué)家又要開始“長牙”了。
當然，如果要真正實現(xiàn)臨床應(yīng)用，該項技術(shù)還需經(jīng)歷嚴格的動物實驗和臨床驗證?！半m然我們實現(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，下一步需要針對不同的情況進一步研發(fā)修復(fù)模型，確?？煽嘏c有效?！鄙坶L鵒說。
