多功能双层支架用于牙髓保护及持续释放氢氧化钙促进矿化组织再生

本研究针对牙髓治疗中现有材料（如MTA）成本高、操作性差等问题，开发了一种由致密PCL层和载有Ca(OH)2的PCL/PEO静电纺丝层构成的双层支架。该支架不仅能有效隔绝修复材料毒性成分（如HEMA），还通过持续释放Ca2+促进牙髓干细胞成牙本质分化。动物实验显示其炎症反应和成牙/血管生成标志物表达与MTA相当，为牙髓活力保存提供了兼具机械屏障功能和生物活性的新型替代方案。

　　

在口腔医学领域，牙髓暴露和炎症是常见但棘手的临床问题。牙髓作为牙齿的核心活体组织，一旦受损会引发剧烈疼痛甚至牙齿坏死。目前临床常用的矿物三氧化物聚合体（MTA）虽能促进牙髓修复，但其价格昂贵、操作性能差，且缺乏结构柔韧性，限制了广泛应用。更根本的是，现有材料难以同时实现双重功能：既要有效隔绝修复材料的毒性成分，又要持续释放生物活性因子促进牙本质再生。这一矛盾促使研究人员寻求创新解决方案。

为此，研究团队开发了一种多功能双层支架系统。该设计巧妙结合两种功能层：致密的聚己内酯（PCL）薄膜作为物理屏障，防止玻璃离子水门汀等修复材料中的毒性成分（如HEMA）渗透损伤牙髓；而载有氢氧化钙（CH）的PCL/聚环氧乙烷（PEO）静电纺丝纤维层则模拟细胞外基质结构，提供细胞附着点并持续释放钙离子，诱导牙髓干细胞向成牙本质细胞分化。这种"防护+再生"的双功能设计理念，为牙髓活力治疗（VPT）提供了新思路。

研究采用静电纺丝技术制备纤维层，通过调控PCL/PEO比例优化纤维形态和降解性能；使用扫描电镜（SEM）观察材料形貌；通过力学测试评估机械性能；采用酶降解实验考察材料降解特性；通过细胞实验评估人牙髓干细胞（DPSCs）的黏附、增殖和分化能力；建立大鼠牙髓盖髓模型进行体内验证，并通过micro-CT分析矿化组织形成，组织切片和免疫荧光染色评价炎症反应和成牙/血管生成相关标志物表达。

2.1. 致密层的合成与表征

通过调控PCL溶液体积（600/800/1000 μL）制备不同厚度致密层。SEM显示所有致密层表面均匀无孔，厚度随溶液量增加而增大（75-180 μm）。细胞实验表明，所有厚度致密层均能有效阻挡传统玻璃离子水门汀（Ketac Molar）的细胞毒性，但对树脂改性玻璃离子（Vitrebond）的防护效果有限，推测因其含有的HEMA单体可与PCL相互作用形成两亲共聚物，破坏屏障完整性。

2.2. PCL/PEO聚合物比例的筛选

测试不同比例（100/0, 90/10, 70/30, 50/50）的静电纺丝纤维膜。所有比例均形成均匀纤维网，纤维直径多在100-200 nm。力学测试显示50/50比例的弹性模量（~20 MPa）介于牙髓（<10 kPa）和牙本质（12-20 GPa）之间，拉伸强度显著提高，断裂伸长率增加约5倍。接触角测试表明添加PEO显著改善亲水性（50/50组接触角<90°）。酶降解实验显示50/50组降解最快，12周即完全降解（纯PCL需20周）。细胞实验证实50/50组细胞活性最高。

2.3. 氢氧化钙（CH）在PCL/PEO纤维层中的掺入

选择50/50比例掺入0.2% CH。SEM显示纤维形貌均匀，EDS证实钙元素成功掺入且均匀分布。力学性能测试表明掺入CH不影响材料的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率。钙释放实验显示聚合物共混纤维（PCL/PEO+CH）的钙释放总量是纯PCL纤维的2.5倍。细胞实验表明CH掺入显著促进矿化基质形成和成牙相关蛋白（DMP1）表达。

2.4. 双层聚合物支架的体内评价

SEM和EDS分析证实双层支架结构完整，钙元素仅分布于纤维层。大鼠牙髓盖髓实验显示，30天时MTA组矿化组织形成量最大（0.092 mm3），PCL/PEO+CH组次之（0.061 mm3），但两组矿化组织密度无显著差异。组织学分析显示各组炎症反应相似，细胞密度无显著差异。免疫荧光显示PCL/PEO+CH组成牙标志物（Nestin、DMP1）和血管生成标志物（CD31、vWF）表达与MTA组相当，表明其促进牙本质形成和血管生成的能力与临床标准材料相当。

研究表明，这种PCL/PEO+CH双层支架能有效平衡屏障防护和生物活性双重功能：致密层有效隔绝毒性物质，纤维层通过可控降解持续释放钙离子促进牙髓干细胞成牙分化。虽然其矿化组织生成量略低于MTA，但表现出相似的生物相容性和生物活性，且具有成本低、易操作的优势。该研究为牙髓保护提供了新的材料设计策略，通过材料结构设计和活性因子控释的巧妙结合，实现了牙髓治疗中防护与再生的统一，为开发下一代牙髓治疗材料奠定了坚实基础。论文发表于生物材料领域权威期刊《Biomaterials》。