口腔医用生物材料及其安全性检测

　　如今丰富多样的材料应用于口腔治疗中，这些材料在口腔中处于多重压力和变化的环境下，各种微生物和唾液中的离子与材料相互作用将导致材料的腐蚀和其中离子的析出，引发如过敏、组织损害和毒性反应等一系列问题。为此下面文章中提出需要对其可能存在的生物安全隐患进行排查，对材料进行生物学评价。也需要从多方面着手，由微观至宏观、由局部至整体进行综合性检测，以确保材料对人体没有刺激、毒性和致癌性。

　　【关键词】口腔材料,生物安全性

　　丰富多样的材料应用于口腔治疗中，这些材料在口腔中处于多重压力和变化的环境下，如咀嚼压力、温度的波动、摄入的食物和唾液等。长期暴露在复杂的口腔微环境中，各种微生物和唾液中的离子与材料相互作用，导致材料的腐蚀和其中离子的析出，将引发如过敏、组织损害和毒性反应等一系列问题。材料的生物相容性在很大程度上取决于材料和有机体组织之间的相互作用，以及由此产生的生理和病理反应。

　　有研究显示，镍钛合金在没有感染的情况下，其在口腔中逐渐腐蚀仍会引起局部疼痛或肿胀，甚至导致继发性感染[1]。而金属镍和铬会引发人体Ⅳ型过敏反应，同时引起细胞的毒性反应，包括一些酶活性的减少、对生化途径的干扰、致癌性和诱变性。因此，某一种材料在进入临床医用之前，必须对其可能存在的生物安全隐患进行排查，对材料进行生物学评价。材料的多样性和口腔环境的复杂，使我们更需从多方面着手，由微观至宏观、由局部至整体进行综合性检测，以确保材料对人体没有刺激、毒性和致癌性。

　　口腔材料的生物学评价通常分为三部分，第一部分进行体外实验，对材料安全性进行初筛，常选择材料与细胞共培养或作用后，观察细胞的形态及生长情况，评价材料的体外细胞毒性;第二部分为体内动物实验，检测材料对动物局部及全身是否产生不良影响，常采用局部刺激实验、变态反应实验、全身毒性实验及遗传毒性实验等;第三部分则进入临床前实验阶段，检测材料进入临床实际应用时是否产生不良影响。

　　1体外细胞毒性试验

　　体外细胞毒性试验是在细胞水平检测材料生物安全性的快速而有效的方法，具有研究条件易控制、评价趋于标准化、可进行定性定量分析和可重复性好、灵敏度高等优点，在评价生物材料对细胞的生长、代谢和增殖的影响方面具有重要意义[2]。生物材料是否能维持和促进细胞生长是评估其生物相容性的关键指标。

　　1982年，美国质量标准协会推荐使用L929成纤维细胞作为细胞毒性试验的标准细胞，也是现阶段细胞毒性试验中使用最广泛的细胞[3]。MTT、CCK-8或碱性磷酸酶测定法，是一些常用于检测细胞生存能力的方法，通过检测活细胞的数量和分泌量来分析细胞毒性。孟贺等通过MTT染色法评价金合金及镍铬合金的细胞毒性，研究表明金合金及镍铬合金的细胞毒性均为0级，表明两种材料在细胞水平上具有较好的生物相容性。

　　邓庶男通过MTT染色法对不同配比的氧化锆氧化铝陶瓷复合材料进行了体外细胞毒性研究，实验采用材料浸提液与L929细胞共培养后染色的方法。结果表明各配比的复合材料均具有较好的细胞相容性。陈秀春等通过MTT染色实验检测一种新型低聚合收缩树脂基质-3F-Pac的细胞毒性，结果显示该种新型复合树脂材料对L929细胞的增殖并无特殊的不良影响，细胞毒性评级在安全范围内，具有较好的生物安全性。

　　近年来，人们认识到细胞凋亡也是一种监测细胞生存能力的方法。凋亡，也称程序性死亡，是由基因控制的细胞自主性死亡现象。然而如果细胞长时间暴露于损伤环境中，受损的DNA不能及时修复，将引起细胞DNA的不可逆性断裂，引起细胞凋亡[4]。细胞的数量是由细胞增殖、分化和细胞凋亡所构成的动态平衡决定的，细胞凋亡已被证明与生物材料的性质和的结构有关[5]。对细胞凋亡的分析有助于理解生物材料和机体组织间的相互作用，为评估材料的生物性能提供重要的参考。

　　苗磊等，使用医用纯钛、钴铬钼合金、钴铬合金、镍铬合金的浸提液分别培养L929细胞24、48、72h后，应用流式细胞仪检测细胞凋亡，结果显示各组细胞凋亡率从小到大依次为：纯钛<钴铬钼合金<钴铬合金<镍铬合金，表明纯钛及钴铬钼合金具有较好的生物相容性。毓天昊等使用流式细胞仪评价了金合金、钴铬合金和镍铬合金对L929细胞增殖及凋亡的影响，研究表明在三种合金中金合金对细胞增殖的影响最小，钴铬合金次之，而镍铬合金的增殖指数最低，对细胞的增殖影响最大;在材料引起细胞凋亡方面，金合金与阴性对照组的结果相近，不易引起细胞凋亡，而镍铬合金则对细胞影响较大，易引起细胞凋亡，钴铬合金对细胞凋亡的影响介于二者之间。

　　VJanke等，对常用的树脂基质-双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)进行了体外细胞研究，检测其是否对人类牙龈纤维细胞的代谢产生影响及是否引起细胞凋亡。实验结果显示[6]，与材料共培养24及48h后，活细胞数明显减少，证明材料产生了一定的细胞毒性;经AnnexinV/PI双染，流式细胞仪检测细胞凋亡，实验组细胞凋亡率显著高于对照组，材料引起了细胞的凋亡。该研究得出：经过较长时间使用后，牙科修复材料中析出的少量Bis-GMA可引起口腔组织的改变，并可能损害细胞的再生能力。

　　蒋立柱采用生物相容性良好的钛合金和钴铬合金作为对照组，研究奥氏体不锈钢对成纤维细胞L929凋亡的影响，使用流式细胞法相结合的PI染色进行实验。结果显示，不锈钢和钴铬合金材料的浸提液可以明显的诱发L929细胞凋亡，钴铬合金组大于不锈钢组大于钛合金组。盛美春将材料浸提液与细胞共培养后进行细胞及分子学实验，评价各种烤瓷合金材料的生物相容性。使用AnnexinV/PI染色后用流式细胞仪检测细胞凋亡情况。

　　结果显示：细胞凋亡率在金合金、钴铬合金、钛合金和镍铬合金组间依次递增，材料引起的细胞凋亡增多[7]。认为，不同的医用合金材料表现出不同的生物相容性，镍铬合金和钛合金较钴铬合金能引起较为明显的细胞DNA损伤和细胞凋亡;而金合金则对细胞的损伤最轻微，是种生物相容性优良的牙科烤瓷合金材料。

　　2体内动物实验

　　在体外实验初筛材料之后，仍需进一步进行动物体内实验，进一步验证材料进入生物体内与其相互作用后，是否会产生一系列影响或改变[8]。动物实验常选用局部刺激实验、全身毒性实验、变态反应实验及遗传毒性实验等。

　　SPonce-Bravo等，为了研究一种新型修复材料-三乙二醇二甲基丙烯酸酯(商品名MEDENTAL)的生物安全性，使用Wistar大鼠进行体内实验，在大鼠饮食中加入聚合物，饲养90天，期间观察大鼠的各项生理指标是否出现变化，90天结束后处死实验动物进行血液学检测及组织切片病理学观察，评估材料是否对实验动物造成影响。

　　实验结果显示：实验动物在进食材料后未表现出明显的行为及生理异常，血液检测指标正常，组织切片HE染色未见异常炎症或细胞学改变。证明了MEDENTAL光固化复合材料具有较好的生物安全性。Bonventre从表面氨基、材料组成和粒子大小方面着手对一系列有硅外壳的纳米银离子进行毒理学的研究。

　　实验采用材料悬浊液与斑马鱼胚胎共培养的方式进行毒理学检测，斑马鱼胚胎在受精发育8h后，实验组放置在含有纳米粒子材料的营养液内生存，对照组营养液不含纳米粒子材料。在胚胎发育24h和120h后，观察是否有胚胎发育畸形或者死亡的现象。此实验类似细胞实验中，材料与细胞共培养，观察材料对细胞活性及增殖是否产生影响;同时属动物体内实验，材料与动物胚胎共生存一定时间后，观察材料是否对动物生理产生影响，以评估材料的毒性与安全性[9]。

　　路萌萌等为了研究二氧化硅纳米粒子(MSNs)和负载纳米银的介孔二氧化硅纳米粒子(Ag-MSNs)生物安全性，使用ICR小鼠进行动物实验，连续服用材料30d对小鼠各项生理生化指标进行测量，并进行组织切片病理学观察，研究材料的全身毒性作用。实验结果显示：定期观察其全身毒性反应，结合组织病理学分析表明，MSNs和Ag-MSNs组均无受试动物死亡，但Ag-MSNs组受试动物的体重轻微降低，一些血液学和血清生化学指标与对照组相比有略微的波动，但无统计学意义，且组织形态学无明显变化;同时，MSNs组各项指标与对照组相比均无任何明显变化。

　　以上结果提示MSNs和Ag-MSNs均具备了较好的生物安全性，有用于后续临床治疗的潜力。Chen等使用局部黏膜刺激法评定一种可载药的海藻酸钙水凝胶的生物相容性。将材料植入兔体内7d后，进行组织病理切片观察，未发现有组织坏死、充血和出血等不良反应，证明材料具有较好的生物相容性，是一种可在临床应用的潜在的口腔骨缺损修复材料[10]。

　　3总结

　　随着基础研究和临床探索的不断发展，应用于口腔治疗的材料不断推陈出新，更多的方法被发现及设计，更新的材料不断投入应用。而每一种新材料在进入临床使用之前，必须要进行严谨而科学的生物安全性验证。不同的材料的应用以及安全性评价，是为了适应更多口腔患者的治疗需要，而材料的生物学评价是为了提高材料应用的科学性和实用性，是临床治疗成功的基础。进行材料的生物学评价时，应该根据材料的特性以及实际临床应用时的环境，设计合理的、多角度的检测方法，科学的验证材料的安全性，为提高材料性能提供指导，为临床应用提供保障。

　　参考文献

　　[1]MaruthamuthuS,RajasekarA,SathiyanarayananS,etal.Electrochemicalbehaviourofmicrobesonorthodonticwires[J].CurrentScience,2005,89(6):988-996.

　　[2]PereiraML,SilvaA,TracanaR,etal.Toxiceffectscausedbystainlesssteelcorrosionproductsonmouseseminiferouscells[J].Cytobios,1994,77(309):73.

　　[3]孟贺,孙萌,张文茹,等.两种牙科金属材料细胞毒性及对L929细胞Bax和Bcl-2表达的比较[J].南京医科大学学报(自然科学版),2015(2):254-257.

　　[4]邓庶男,黄红燕,战德松,等.牙科氧化锆氧化铝陶瓷复合材料的生物相容性[J].中国组织工程研究,2016,20(3):370-376.

　　[5]陈秀春.新型低聚合收缩树脂材料的体外细胞毒性研究[D].吉林大学,2017.

　　[6]BullS,FletcherK,BoobisAR,etal.Evidenceforgenotoxicityofpesticidesinpesticideapplicators:areview.[J].Mutagenesis,2006,21(2):93-103.

　　相关期刊阅读：《口腔护理用品工业》Oral Carel Industry(双月刊)曾用刊名：牙膏工业;黑龙江日化，1987年创刊，《口腔护理用品工业》坚持为社会主义服务的方向，坚持以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导，贯彻“百花齐放、百家争鸣”和“古为今用、洋为中用”的方针，坚持实事求是、理论与实际相结合的严谨学风，传播先进的科学文化知识，弘扬民族优秀科学文化，促进国际科学文化交流，探索防灾科技教育、教学及管理诸方面的规律，活跃教学与科研的学术风气，为教学与科研服务。