安医大一附院ACS Nano: 构建类似牙釉质牙本质粘接界面实现持久粘接
安医大一附院ACS Nano: 构建类似牙釉质牙本质粘接界面实现持久粘接
牙本质粘接是牙科修复中的关键技术，但长期以来，如何实现持久的牙本质粘接一直是一个难题。近日，安徽医科大学第一附属医院口腔科李全利团队在《ACS Nano》上发表了一项重要研究，他们开发了一种新型粘接界面构建策略，成功解决了这一难题。
牙釉质粘接被认为是持久的；然而，实现长期牙本质粘接仍然是一个巨大的挑战，因为在酸蚀牙本质后暴露的胶原基质会发生降解。开发类似牙釉质粘接界面的想法在实现持久牙本质粘接方面具有很大的潜力。在这项研究中，安徽医科大学第一附属医院口腔科李全利使用快速再矿化策略构建了类似牙釉质的粘接界面，包括酸性底漆和快速再矿化介质。具体来说，使用了10-甲基丙烯酰氧基癸基二氢磷酸（MDP）和表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG）纳米复合物（MDP@EGCG底漆）作为酸性底漆，在30秒内部分脱矿牙本质，并且MDP@EGCG纳米复合物与暴露的胶原显示出强烈的相互作用，增强了胶原再矿化性能。然后，将含有聚天冬氨酸（Pasp）稳定的无定形钙和磷纳米团簇（快速Pasp-CaP）的快速再矿化介质应用于改良的牙本质胶原1分钟，这在临床上可接受的时间范围内引起了快速的胶原再矿化。这种策略成功地产生了一个无机的粗糙和多孔的粘接界面，类似于酸蚀的牙釉质，从根本上解决了胶原暴露问题，并在体外和体内实现了持久的牙本质粘接，同时也确保了用户友好性。它在延长临床环境中粘接修复的使用寿命方面显示出潜力。此外，它在龋齿和牙本质敏感性治疗领域以及基于胶原的组织工程支架中具有重要的应用前景。该研究题为“Constructing the Enamel-Like Dentin Adhesion Interface to Achieve Durable Resin–Dentin Adhesion”发表在《ACS Nano》。
【MDP@EGCG底漆的制备示意图】
图1展示了MDP@EGCG酸性底漆的制备和特性。通过透射电子显微镜(TEM)观察到MDP@EGCG形成了均匀的纳米颗粒，动态光散射(DLS)和zeta电位测量显示其具有中等的水合粒子大小和表面电荷。等温滴定量热(ITC)和分子动力学(MD)模拟结果揭示了MDP和氧化EGCG之间的分子相互作用，表明MDP@EGCG酸性底漆是通过MDP与氧化EGCG之间的氢键和范德华力形成的纳米复合物。这些结果证实了MDP@EGCG底漆的稳定性和与胶原的强烈相互作用，为后续的牙本质部分脱矿和增强胶原再矿化特性提供了基础。
【快速Pasp-CaP纳米团簇再矿化介质的表征】
图2展示了快速Pasp-CaP纳米团簇的制备及其在不同时间点的形态和状态演变。通过透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)分析，观察到快速Pasp-CaP在1分钟内呈现均匀分散的纳米球形颗粒，随着时间的推移逐渐聚集形成短链和网络结构，最终在30分钟后开始结晶为羟基磷灰石(HA)。动态光散射(DLS)结果表明，快速Pasp-CaP的粒径在短时间内显著增加，且其粒径小于40纳米，适合渗透胶原纤维间隙。这些结果表明，快速Pasp-CaP具有良好的再矿化能力，能够在短时间内有效促进胶原的矿化，为构建类似牙釉质的粘接界面提供了重要的材料基础。
【MDP@EGCG修饰胶原及其快速再矿化特性】
图3阐述了MDP@EGCG对胶原的修饰效果及其快速再矿化的性能。通过Zeta电位和水接触角（WCA）测试揭示了MDP@EGCG对胶原膜的物理化学性质的改变，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了MDP、EGCG和MDP@EGCG与胶原的相互作用，微量热泳动（MST）技术评估了它们与胶原的结合亲和力。实验结果表明，MDP@EGCG能显著提高胶原的再矿化能力，通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察到经MDP@EGCG修饰的胶原纤维表面和间隙区域形成了密集的纳米颗粒，这些颗粒在1分钟内迅速转化为羟基磷灰石（HA），证明了MDP@EGCG修饰的胶原能够实现快速再矿化。这一发现证实了MDP@EGCG底漆在部分脱矿牙本质的同时，能够增强胶原的再矿化特性，为实现持久的牙本质粘接提供了有效途径。
【MDP@EGCG对牙本质脱矿和快速再矿化的影响】
图4展示了MDP@EGCG底漆对牙本质的脱矿作用以及快速Pasp-CaP再矿化处理的效果。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察，发现MDP@EGCG底漆能够显著减少牙本质的脱矿深度，并在牙本质表面形成类似酸蚀釉质的粗糙和多孔结构。此外，通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析确认了牙本质经过再矿化处理后，其晶体结构和化学组成发生了变化，形成了更多的羟基磷灰石（HA）结晶相。这些结果表明，MDP@EGCG底漆结合快速Pasp-CaP再矿化策略能够有效地在牙本质表面构建出类似牙釉质的粘接界面，为实现持久的树脂-牙本质粘接提供了新的途径。
【类似牙釉质粘接界面策略的粘接强度和树脂-牙本质粘接界面特性】
图5展示了类似牙釉质粘接界面策略的粘接强度和树脂-牙本质粘接界面的特性。通过微拉伸粘接强度（μTBS）测试，发现采用MDP@EGCG底漆和快速Pasp-CaP再矿化处理的牙本质粘接界面，在干湿两种粘接模式下均表现出与牙釉质粘接相似的稳定性和高强度。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察显示，该策略成功形成了致密的混合层，且粘接界面缺陷较少。拉曼光谱映射进一步证实了粘接界面中矿物质、树脂和胶原的分布情况。这些结果表明，类似牙釉质的粘接界面策略能够实现牙本质的持久粘接，有效提高了粘接界面的稳定性和耐久性。
【树脂-牙本质粘接界面在使用前后的渗漏情况】
图6探讨了树脂-牙本质粘接界面在使用前后的密封性能，通过双重荧光技术和银纳米渗漏分析来评估。实验结果表明，采用类似牙釉质粘接界面策略的样本在粘接界面处显示出较低的荧光强度和银颗粒沉积，表明其密封性能较好，且在使用前后的密封性能没有显著差异，说明该策略能有效维持粘接界面的稳定性和耐久性。
【类似牙釉质粘接界面策略在体内的粘接性能】
图7展示了类似牙釉质粘接界面策略在体内的粘接性能，通过在SD大鼠模型中创建牙本质粘接模型，并比较了传统蚀刻和冲洗粘接系统与实验组的粘接效果。透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的观察结果显示，实验组在24小时和1个月后的粘接界面保持紧密连接，形成了密集的混合层，且没有明显缺陷。此外，苏木精-伊红（H&E）染色评估了牙髓组织的生物相容性，结果显示实验组引起的炎症反应较轻，表明该策略对牙髓组织的刺激较小。这些结论证实了类似牙釉质粘接界面策略在体内可以实现稳定且持久的粘接效果，并且具有良好的生物相容性。
【小结】
该研究通过使用酸性底漆MDP@EGCG纳米复合物和再矿化介质快速Pasp-CaP纳米团簇，成功构建了类似牙釉质的粘接界面，实现了牙本质的持久粘接效果。这种方法从根本上解决了现有牙本质粘接协议中胶原纤维暴露的问题，在体外和体内都表现出了持久的粘接效果，同时也具有操作便捷性，有潜力延长临床粘接修复的使用寿命。此外，这种快速再矿化策略在龋齿和牙本质敏感治疗领域以及基于胶原的组织工程支架中显示出了巨大的应用前景。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c11224
来源：BioMed科技