新研究：超声激活压电纳米球，有望实现无生长因子牙髓-牙本质再生

图源：Piezoelectric ZnO-incorporated bioactive glass nanospheres for enhanced odontogenic differentiation and angiogenesis

好的牙·讯｜近日，《Materials Today Bio》发表了一项细胞和小鼠实验研究，探索一种由超声激活的纳米材料，在无需额外添加外源生长因子的条件下，促进牙髓-牙本质再生相关过程。

研究团队制备了一种掺入氧化锌的纳米级介孔生物活性玻璃小球（Z-MBGNs）。这种材料在超声照射下能够产生电信号，并持续释放锌离子和钙离子。经低强度脉冲超声（LIPUS）激活后，它促进了人牙髓干细胞（hDPSCs）向成牙本质方向分化，也增强了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）形成血管样管状结构的能力。

牙髓是牙齿内部含血管和神经的软组织，外面包裹着坚硬的牙本质，两者合称牙髓-牙本质复合体。研究人员关注的是牙本质形成和血管生成这两个与牙髓-牙本质复合体再生密切相关的过程。该团队希望在材料释放离子的基础上，通过超声进一步提供电信号，从而同时调节这两类细胞反应。

图源：Piezoelectric ZnO-incorporated bioactive glass nanospheres for enhanced odontogenic differentiation and angiogenesis

该团队将氧化锌嵌入具有介孔结构的生物活性玻璃中，使锌、钙离子能够持续释放，并降低单独使用氧化锌纳米颗粒时快速释放锌离子所带来的细胞毒性。氧化锌质量占比10.24%的版本（10Z-MBGN）在L929成纤维细胞毒性实验中，细胞存活率为84.9%；同等锌浓度的纯氧化锌纳米颗粒组为51.8%。

在细胞实验中，经超声激活的10Z-MBGN促进了牙髓干细胞迁移，矿化基质（钙盐沉积）形成增加，牙本质形成相关基因DSPP、DMP-1的表达也有所升高；血管内皮细胞形成血管样管状结构的能力增强，VEGF、bFGF等血管生成相关指标的表达也有所升高。

实验所用超声参数为1 MHz、400 mW/cm²、50%占空比，每天处理5分钟；材料悬液在超声作用下产生的电信号峰峰值约为600 mV。研究人员还进行了细胞划痕实验，通过观察划痕面积缩小来评价细胞迁移。12小时后，超声加10Z-MBGN组的划痕愈合率为57.3%，仅加纳米球组为26.7%，未处理对照组为23.6%。

图源：Piezoelectric ZnO-incorporated bioactive glass nanospheres for enhanced odontogenic differentiation and angiogenesis

研究人员还将载有牙髓干细胞、减生长因子Matrigel和10Z-MBGN的牙根形β-磷酸三钙（β-TCP）支架植入裸鼠皮下，植入后前7天每天给予超声处理。结果显示，超声处理组的细胞外基质沉积增加，VEGF、bFGF以及DSPP、DMP-1等相关指标也出现更高水平。6周时，Masson三色染色显示，超声组胶原阳性面积约为对照组的56倍、未接受超声的10Z-MBGN组的11倍。同时，组织学观察发现超声组出现了成牙本质细胞样细胞、矿化组织样结构及血管样结构。

此外，研究人员提示，这项研究目前仍处于概念验证阶段，实验仅进行了细胞实验和小鼠皮下异位植入。皮下环境与真实牙齿内部存在差异，因此这些结果还不能证明该材料能够在牙齿内部完整再生功能性的牙髓-牙本质复合体；实验也未设置仅用超声的对照组，难以区分效果来自材料还是超声本身；小鼠样本量较小，且未做功效分析（预先估算所需样本量的统计方法）。研究人员表示，后续需要补充机制对照，并在牙体原位模型中验证，才能弄清作用机制和转化潜力。