用于牙本质再矿化的实验性树脂基复合材料体外研究系统综述：生物活性填料、离子释放与力学性能

《Journal of Functional Biomaterials》：Remineralizing Composites: A Systematic Review of In Vitro Studies

　　

龋病破坏牙本质去矿化与再矿化之间的平衡；牙本质作为复杂矿化组织，其恢复不仅需要矿物再沉积，还需要重建胶原-磷灰石层级结构。在微创修复框架内恢复该完整性，要求材料主动参与组织恢复，而不仅是被动封闭窝洞。本系统综述旨在综合具有再矿化能力的实验性树脂基复合材料的现有证据，评估其生物活性填料组成、离子释放效能和力学性能。研究人员按照PRISMA指南在MEDLINE、Scopus、Embase、Web of Science和SciELO进行系统检索，筛选后纳入12项体外研究。识别出三种主要再矿化策略：无定形磷酸钙纳米颗粒（NACPs），单独使用或与非胶原蛋白类似物PAMAM联合；生物活性玻璃填料（尤其45S5）；以及其他磷酸钙、硅酸钙或多离子释放填料（β-TCS、DCPD和S-PRG）。扫描电子显微镜是最常用的评价方法，常辅以EDS、FTIR和力学测试。方法学质量多为中等，普遍缺乏样本量论证和盲法。这些体外研究结果为生物活性树脂复合材料的再矿化潜力提供了概念验证，但其临床疗效、长期耐久性和安全性仍需验证，且需要更高程度的方法学标准化。

1 引言
牙本质是牙体中最丰富的矿化组织，以I型胶原网络和嵌入其中的羟基磷灰石（HAp）晶体为基础，约含70%矿物、20%有机基质和10%水，并与牙髓构成功能单位。龋病是生物膜介导、饮食调控的多因素动态疾病，其进展取决于去矿化与再矿化之间的持续失衡；致龋菌代谢可发酵碳水化合物产生有机酸，使局部pH降至临界阈值以下并引发矿物溶解。在牙本质中，基质金属蛋白酶（MMPs）在酸性条件下被激活并降解暴露的胶原框架，使损伤较釉质更为复杂。牙本质再矿化不仅要求矿物再沉积，还要求恢复无机磷灰石与有机胶原基质之间的空间关系。仿生策略利用牙本质基质蛋白类似物引导无定形磷酸钙（ACP）纳米前驱体进入胶原纤维间隙区，以重建纳米尺度层级矿化。现代修复牙科趋向微创原则，从完全去除龋坏组织转向选择性去除牙本质，保留部分去矿化但结构可行的组织，这要求修复材料超越被动封闭并主动参与组织恢复。玻璃离子水门汀（GICs）及其树脂改良型（RMGICs）可释放氟并促进氟磷灰石形成，但力学性能限制其用于后牙承力修复。树脂基复合材料引入生物活性填料可在维持修复材料力学性能的同时促进矿恢复。磷酸钙基复合材料可形成局部离子过饱和环境，无定形磷酸钙纳米颗粒（NACP）在唾液接触后可持续释放钙、磷并促进釉质表面及修复边缘再矿化；纳米羟基磷灰石受高结晶性和中性pH低溶解度限制。生物活性玻璃填料可释放钙、磷和硅酸盐，促进釉质与牙本质表面类磷灰石层形成并具抗菌作用，锶掺杂可增强再矿化。既有综述多为叙述性、聚焦单一生物活性材料、以釉质为对象、混合粘接剂/封闭剂/GICs等异质材料，或从牙本质粘接耐久性而非修复材料自身再矿化能力角度分析；尚缺乏针对实验性树脂基复合材料再矿化脱矿牙本质的体外证据系统综述。本系统综述旨在综合该类材料的再矿化效能、离子释放和力学性能证据。

2 材料与方法
本系统综述遵循PRISMA 2020指南，方案注册于Open Science Framework（OSF）。
2.1 纳入标准
基于PICOS框架：人群/问题为脱矿人牙本质；干预为应用实验性再矿化树脂基复合材料；对照为阴性对照、商业修复材料或其他实验性再矿化复合材料；结局为牙本质再矿化；设计为体外研究。排除不符合PICOS者、再矿化潜力来自实验复合材料以外材料者（如粘接剂、GICs、先前牙体处理）、仅评估商业再矿化复合材料者，以及再矿化剂以粉末、浆液、混悬液或非树脂基质应用而非纳入树脂基复合材料者；商业材料仅可作为对照。
2.2 检索策略
检索由两名独立评价者执行，分歧由第三作者仲裁。2025年10月14日在MEDLINE（PubMed）、Scopus、Embase、Web of Science和SciELO进行电子检索，不限语言和发表年份；检索词包括“composite”“resin”“reminera*”“in vitro”“dentin”“dentine”，以布尔运算符组合并限定题名或摘要，同时手检纳入研究和相关研究参考文献。
2.3 研究选择
检索记录导入Mendeley去重并人工核验；去除重复后按纳入排除标准筛选题名和摘要，符合者进行全文评估。
2.4 数据提取
提取研究特征、方法学和结局变量，包括样本类型与制备、脱矿/储存方案、材料与分组、再矿化评价技术及具体程序、再矿化指标（形态、元素组成、矿物密度、硬度、弹性模量）、离子释放与pH变化、粘接性能、统计分析和显著性阈值；同一研究多项检测分别记录检测特异变量。
2.5 质量评估
采用Faggion等提出的体外研究改良CONSORT清单评估报告质量；采用QUIN工具计算总分并将偏倚风险分为高（<50%）、中（50–70%）、低（>70%）；采用RoBDEMAT工具按规划与分配、样本制备、结局评估、数据处理与结局报告四个域判断九个信号问题，不计算总分；随机化条目在所有研究中均予评估。
2.6 数据合成
因复合材料配方、脱矿方案、结局指标、评价技术和时间点高度异质，且结果多为定性或半定量、常缺乏可提取均数和标准差，未进行Meta分析，而采用叙述性综合；材料间比较仅限各原始研究内实验组直接比较，不跨研究或跨脱矿模型比较。

3 结果
3.1 研究选择与流程
检索共获得637条记录，去重300条后余337条进入筛选，题名和摘要排除320条，17篇全文评估；全文阶段排除5篇，其中1篇检索后撤稿、4篇再矿化剂未纳入树脂基复合材料，最终12项研究纳入定性综合。
3.2 质量评估
QUIN显示所有研究明确目的/假设、对照组、方法、结局测量和统计分析；样本量论证几乎均缺失，仅Xiao等报告；7项提及随机分配但未说明方法，5项未报告；盲法普遍缺失，10项未说明结局评估者盲法，无研究报告操作者或统计者盲法；总体11项中等偏倚、1项低偏倚。改良CONSORT显示所有研究报告结构化摘要、合理引言、可重复方法、主要/次要结局、统计方法和资助/致谢；不足包括样本量论证缺失、随机序列生成/分配隐藏/实施未描述、仅Xiao等报告置信区间、无研究报告局限性和方案可及性。RoBDEMAT显示所有研究有合适对照、样本和材料标准化、组间条件一致、检测程序适当、统计分析和结局报告充分；随机分配7项提及但未描述方法，样本量依据仅Xiao等提供，操作者盲法均未报告。
3.3 研究材料
所有评估材料均为实验性。Sauro等将β-TCP单独或与锌联合纳入树脂；Xiao等采用含NACP的生物活性多功能复合材料（BMC）；NACP常单独使用或与TTCP、EBPM联合，并与PAMAM表面处理联合；玻璃基生物活性材料包括45S5生物活性玻璃（BAG）单独或与氟联合（BAG-F）、与nMgO和/或Ba:SiO₂联合，以及S-PRG、氟铝硅酸盐和硅玻璃、硅烷化钡玻璃联合DCPM；商业材料仅作对照。
3.4 研究方法和结果
所有研究均使用人牙本质。脱矿方案包括35%磷酸15 s、37%磷酸15 s、10%磷酸12 h，以及pH 4定制脱矿液循环或持续浸没。评价以扫描电子显微镜（SEM）最常用，常联合能谱（EDS）或电子探针显微分析（EPMA），亦用FE-SEM/FEG-SEM、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、ICTP/CTX、pH测定、纳米压痕、原子力显微镜（AFM）、维氏/努氏显微硬度、微拉伸粘接强度（μTBS）、UV-可见分光光度法、横向显微放射照相（TMR）、micro-CT和偏振光显微镜；病灶深度仅Arita等直接测量。结果方面，含锌掺杂β-TCS（βZn-TCS）树脂较β-TCS树脂显示更强矿物沉积和3个月更高μTBS；β-TCP/Portland cement离子释放树脂在30和90天后提高混合层弹性模量；NACP纳米复合材料8周pH循环后矿物恢复为48.2±11.0%，非释放商业复合材料为5.0±7.2%，NACP与NACP+TTCP无显著差异；BMC使根牙本质硬度增至0.43±0.05 GPa，对照为0.29±0.05 GPa，BMC+PAMAM恢复至0.58±0.06 GPa，接近健康根牙本质；PAMAM+NACP使牙本质硬度由酸蚀后0.32 GPa升至21天0.53 GPa，接近健康牙本质0.57 GPa，对照降至0.1 GPa，且可充电EBPM-NACP在35天pH循环后维持效果；BAG与BAG-F诱导相似矿物沉积，BAG-F在30天后胶原降解标志物ICTP和CTX释放最低；BAG含量增加可增强矿物沉积；20% 45S5复合材料在持续酸暴露下维持显微硬度至12天，Cention为8天，C-10和E-20为4天；BC0和BC17处理后病灶显著浅于对照，S-PRG浓度间无显著差异，BC17部分再矿化仅经SEM定性观察；实验复合材料与Cention N在抑制去矿化方面无显著差异，二者抑菌圈均小于Fuji II LC；仅含40%和50% DCPD的复合材料显著提高病灶弹性模量和硬度，micro-CT未检出组间差异。
3.5 离子释放、酸中和与力学性能
7项研究评估离子释放和酸中和能力。NACP基复合材料在整个实验期释放钙和磷，pH 4时释放明显高于pH 7，并使乳酸溶液pH由4升至5.4–6.9，反复充能后仍维持；含生物活性玻璃树脂可碱化周围介质；含DCPD复合材料Ca²⁺释放随DCPD含量增加。8项研究报告力学、粘接及其他性能。NACP基复合材料弯曲强度和弹性模量与商业复合材料或RMGIC相近；增加BAG/nMgO和DCPD含量降低弯曲强度，但含DCPD复合材料仍高于GIC；Sauro等评估的所有树脂组包括无填料对照在储存3个月后牙本质粘接强度均下降；S-PRG含量不影响涂层材料剪切粘接强度；转化度、固化深度、吸水性和抗菌活性仅见于个别研究；聚合收缩、磨损和细胞毒性均未评估。

4 讨论
本系统综述从方法学上发现多项反复出现的局限。除Xiao等外，无研究论证样本量，影响统计效能和结果可靠性；样本量从每组2例（EPMA）至18例（粘接强度）不等，再矿化结局多为每组3–10例，缺乏共识。样本处理方面，脱矿和储存模型高度异质：短时35–37%磷酸15 s形成浅表去矿化并暴露胶原，更接近酸蚀粘接基底而非龋样病变；10%磷酸12 h形成深而广泛的去矿化，残余矿物晶核缺乏可能妨碍再矿化；pH 4–5弱酸方案更接近天然龋的深层病变。储存条件包括pH循环、连续酸性储存和人工唾液/模拟体液中性储存，后者可因外源钙磷而高估再矿化；人工模型不能完全复现天然龋影响牙本质，人工病变再矿化值常高于天然病变，因而不同模型结果不宜直接比较。评价技术方面，SEM最常用于形态学，常联合EDS/EDX；CLSM可观察树脂-牙本质界面微渗透和矿物沉积；FTIR和拉曼光谱用于分子表征；UV-可见分光光度法间接反映再矿化；ICTP/CTX补充胶原完整性；努氏/维氏显微硬度、AFM、纳米压痕和μTBS量化矿物获得与粘接强度；TMR被视为矿物定量参考标准；pH测定为补充参数。时间点包括24 h、7–15天、1个月及2个月以上，分别反映早期离子交换、向稳定矿物组织进展、稳定点和效果持续性；早期表现不保证长期优越。质量分析显示，多数研究虽报告充分，但操作者校准、盲法和样本量论证普遍不足，QUIN多为中等偏倚，RoBDEMAT补充显示随机化虽适用但未详细描述；人牙本质自然变异可通过随机分配均衡。填料类型影响再矿化：β-TCP释放钙磷，β-TCS促进磷灰石诱导和界面封闭，锌掺杂β-TCS通过锌介导MMP抑制增强再矿化和粘接；NACP基复合材料再矿化效应较一致，归因于钙磷释放和酸缓冲，NACP联合PAMAM较NACP单独增强，EBPM作为载体可维持效果，PAMAM端基化学亦影响效果，TTCP未改善NACP性能；45S5呈剂量依赖性促进矿物沉积和磷灰石形成，并具碱化作用，BAG-F较BAG更降低牙本质酶降解；氟铝硅酸盐玻璃再矿化性能与Cention N相当；S-PRG释放多种离子，17%含量与玻璃离子相当，但不同浓度间病灶深度无显著差异，提示主要为表层再矿化；DCPD需至少40–50%含量方能充分诱导再矿化。证据稳健性因策略而异：TMR或micro-CT矿物密度、重复显微/纳米硬度、离子释放动力学及合适对照研究支持较强；主要依赖定性SEM者结论应视为初步。NACP相关证据多来自相近研究组和相似酸蚀牙本质及pH循环模型，内部一致性支持可重复性但限制外推；生物活性玻璃证据较异质，在人工唾液/模拟体液中可见表面及小管内矿物沉积，持续酸挑战下主要延缓显微硬度下降；部分研究效果不能完全归因于再矿化填料，或因PAMAM作为预处理单独应用，或因配方含其他活性剂；部分研究评估的是防止去矿化而非已去矿化牙本质再矿化。本综述局限包括：均为体外研究，不能直接外推临床；材料、脱矿模型、结局和时间点异质，未行Meta分析和GRADE评价；多数研究中等偏倚、样本小、随访短；检索仅用英文词且未纳入灰色文献；聚合收缩、磨损和细胞毒性未评估。

5 结论
本系统综述综合了实验性树脂复合材料再矿化潜力的体外证据，支持三条主要途径：NACP尤其联合非胶原蛋白类似物PAMAM可促进小管内矿物沉积；生物活性玻璃尤其45S5可诱导磷灰石形成并具碱化作用；其他磷酸钙、硅酸钙或多离子释放填料（β-TCS、DCPD和S-PRG）的效果取决于填料含量。再矿化评价方法高度异质，SEM最常用，常联合EDS、EPMA或光谱方法（FTIR、拉曼）进行化学表征，并以纳米压痕和显微硬度等功能评价；形态学、化学和力学方法联合应用是较全面的评价策略。总体而言，这些体外结果为实验性树脂基复合材料再矿化脱矿牙本质提供了概念验证，符合微创牙科原则；但鉴于证据的体外性质和多数研究中等偏倚，其临床疗效、长期耐久性和安全性仍需合理设计的转化和临床研究验证，并需提高体外方案标准化程度。