頜面部大段骨缺損修復(fù)策略的研究進(jìn)展

王宇波，任笑春，季 平，，3

（1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，重慶，401120；2.口腔疾病與生物醫(yī)學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，401120；3.重慶市高校市級口腔生物醫(yī)學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，401120）

1 大段骨缺損的定義

大段骨缺損在有的文獻(xiàn)中也被稱為“臨界骨缺損”“極量骨缺損”。骨缺損的病因是多種多樣的，伴有軟組織和骨膜剝離的高能量創(chuàng)傷（特別是在嚴(yán)重的開放性脛骨骨折中）、爆炸傷、需要廣泛清創(chuàng)的感染和腫瘤切除都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的骨缺損[1]。目前尚未有對于大段骨缺損統(tǒng)一的定義。一般來說，“臨界大小”的缺損被認(rèn)為是不能自行愈合、需要進(jìn)一步的手術(shù)干預(yù)如自體骨移植的缺損，文獻(xiàn)中一般認(rèn)為大段骨缺損長度大于1-2cm、骨周長損失超過50%[1]。然而，這受到缺損的解剖位置和其周圍軟組織的影響。骨不連與臨界骨缺損是不一樣的。在骨不連中，細(xì)胞和分子信號通路以及生物力學(xué)穩(wěn)定性受損，與大段骨缺損相比，后者通常有足夠的生物力學(xué)穩(wěn)定性[1-3]。

有許多因素影響骨缺損的自發(fā)愈合能力，其“臨界大小”取決于絕對大小和相對大小、是否有周徑骨丟失、解剖位置（骨干/干骺端/關(guān)節(jié)）、軟組織、患者年齡、是否存在慢性疾病或其他并發(fā)癥[1-3]。大段骨缺損需要骨重建，金標(biāo)準(zhǔn)是髂骨移植[1]。自體骨移植有許多缺點(diǎn)，因此確定哪些缺損在不需要額外治療的情況下能自然愈合至關(guān)重要。當(dāng)人們比較股骨和脛骨節(jié)段性缺損的預(yù)后時，就可以看到解剖位置的影響。股骨節(jié)段性缺損通常具有良好的軟組織環(huán)境，且6-15cm長的節(jié)段性缺損的自發(fā)愈合已被報(bào)道[4]。相比之下，有報(bào)道稱脛骨缺損大小大于1-2cm，超過皮質(zhì)骨周長的50%，卻又缺乏自發(fā)愈合[5,6]。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，1125例患者中有37例（3%）有臨界大小的缺損，長度大于1cm，皮質(zhì)骨直徑缺失超過50%，然而，47%的患者在沒有其他干預(yù)的情況下能達(dá)到自體愈合[3]。在Haines的一項(xiàng)研究中，用髓內(nèi)釘治療開放性脛骨骨折，缺損大小和感染與否是主要的決定預(yù)后的因素，并且影像學(xué)上骨缺損間隙不到2.5厘米的患者同期就能達(dá)到54%的愈合水平，而缺損大于2.5厘米的患者則不會[7]。

總之，對于大段骨缺損的定義和治療目前尚未達(dá)成共識。判斷是否是大段骨缺損的標(biāo)準(zhǔn)仍是能否發(fā)生自發(fā)愈合。

2 大段骨缺損的動物模型

許多大段骨缺損模型已被用于評估骨移植替代物的療效。這些模型可分為四大類，包括節(jié)段性長骨缺損、顱骨缺損、部分皮質(zhì)骨缺損和松質(zhì)骨缺損(鉆孔)[8]。其中，節(jié)段性長骨和顱骨缺損模型已被廣泛用于臨界尺寸缺損骨愈合的基礎(chǔ)研究[8]。小動物模型(小鼠、大鼠和兔子)因?yàn)槌杀据^低，更容易被倫理接受，通常用于基礎(chǔ)研究或篩選實(shí)驗(yàn)。此外，當(dāng)人們打算將異種異體資源(人間充質(zhì)干細(xì)胞、人富血小板血漿、人骨髓濃縮液等)應(yīng)用于動物的大段骨缺損時，也使用了免疫缺陷小鼠和大鼠[9-14]。與小動物相比，大型動物(狗、豬、山羊和綿羊)具有與人類相似的優(yōu)勢，包括解剖學(xué)、生理學(xué)和生物力學(xué)特性，以及相似的構(gòu)建缺損的外科手術(shù)；大型動物適合進(jìn)行更高級的臨床前實(shí)驗(yàn)[15]，但它們價格昂貴，需要更多的時間和精力來進(jìn)行護(hù)理。

小鼠和大鼠通常被用作股骨或顱骨大段骨缺損的模型。兔已被用于橈骨或尺骨缺損模型[17]。在大型動物中，羊是常用的大型動物物種，用于模擬大段長骨缺損，最常見于脛骨[16，17]。狗、山羊和豬也被使用，但它們的長骨與人類的長骨相比相對較短[15，17]。股骨和脛骨大段骨缺損需要使用固定技術(shù)進(jìn)行固定，例如外固定支架、鋼板、螺釘或髓內(nèi)釘。有趣的是，在橈骨和尺骨骨缺損模型中，由于橈骨和尺骨通過骨間膜牢固地連接在一起，骨缺損無須任何固定裝置即可穩(wěn)定下來[16,18]。此外，顱骨骨缺損模型不需要任何穩(wěn)定裝置。

長骨和顱骨有很大的不同[19]。長骨來源于側(cè)板中胚層，主要通過軟骨內(nèi)成骨形成，而顱骨是扁骨，來源于近軸中胚層和神經(jīng)嵴，主要通過膜內(nèi)成骨形成。這些骨骼的血管供應(yīng)也很獨(dú)特。長骨有三種血供來源:營養(yǎng)血管、干骺血管和骨膜血管[20]。營養(yǎng)血管通過各自的孔進(jìn)入骨內(nèi)，到達(dá)髓腔，分布分支，向髓腔和皮質(zhì)骨供血;骨膜血管供應(yīng)外皮質(zhì)骨[21,22]。另一方面，顱骨的血液供應(yīng)是由骨膜血管輸送的。

因此，在選擇大段骨缺損動物模型時，應(yīng)考慮適合所要探索的研究問題的骨缺損類型。此外，根據(jù)每項(xiàng)研究的臨床相關(guān)性，還應(yīng)考慮動物種類、解剖部位、缺損大小、固定方法以及年齡和性別。

3 頜骨大段骨缺損

口腔頜面部是一個復(fù)雜的區(qū)域，包括骨軟骨組織、神經(jīng)和血管系統(tǒng)、皮膚以及牙齒和感覺器官[23]。造成該區(qū)域顯著缺損的原因有多種，如外傷性撕脫、放射性骨壞死(ORN)、雙膦酸鹽相關(guān)性頜骨骨壞死(BRONJ)、良惡性腫瘤及囊腫切除等[24]。頜面部大型缺損的自然修復(fù)機(jī)制有缺陷且進(jìn)程緩慢[25]。因此，輔助骨再生手術(shù)對于確保在短時間內(nèi)形成足夠的骨至關(guān)重要。如何重建硬組織缺損以塑造合適的面部形態(tài)并恢復(fù)功能是口腔頜面外科醫(yī)生面臨的重大挑戰(zhàn)。目前修復(fù)頜面部大段骨缺損的方法主要是自體骨移植、異體骨移植及人工骨移植。其中，自體骨移植成骨能力強(qiáng)，但骨量有限；異體骨移植有免疫排斥風(fēng)險(xiǎn)；人工骨種類繁多，與組織工程結(jié)合能發(fā)揮巨大潛力。

自體骨移植具有相當(dāng)高的遠(yuǎn)期成功率(高達(dá)70%)。幾十年來，自體移植物作為一種天然生物材料，與其他類型的材料相比，由于其優(yōu)越的成骨性、骨傳導(dǎo)性，被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)[24,25]。骨皮游離皮瓣，尤其是腓骨游離皮瓣，是最常用的用于臨界尺寸的自體移植物[27]。它們還能避免出現(xiàn)組織相容性問題和免疫排斥[29]。傳統(tǒng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是移植物供區(qū)與受區(qū)部位的高發(fā)病率、手術(shù)時間的增加和住院時間的延長。從口外部位獲取移植物會增加血腫、疼痛和感覺障礙、腹部內(nèi)容物突出、骨盆不穩(wěn)定和感染的風(fēng)險(xiǎn)。同樣，在大于6 cm的巨大缺損中，有失敗率增高的風(fēng)險(xiǎn)[30]。

與傳統(tǒng)治療方法相比，用生物材料治療骨缺損是非常有前景的。目前治療臨界骨缺損的另一種治療方法是骨搬運(yùn)技術(shù)，但這對患者來說是極其繁重和痛苦的[31]，手術(shù)后的恢復(fù)可能需要數(shù)月至數(shù)年時間。生物材料提供了一種新的治療方法。新型生物材料支架、干細(xì)胞、骨髓抽吸濃縮物、富血小板血漿(PRP)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白療法目前可用于治療大段骨缺損。

3.1 骨髓抽吸濃縮物（BMAC）

骨髓抽吸濃縮物中含有能夠參與成骨的骨祖細(xì)胞群[32]，它與多種不同的骨傳導(dǎo)載體復(fù)合材料結(jié)合，來遞送能夠成骨的骨髓成分。這代表了骨缺損治療的一個生物學(xué)策略。骨髓祖細(xì)胞從髂骨獲得，植入具有微孔結(jié)構(gòu)的骨傳導(dǎo)基質(zhì)材料上，為細(xì)胞提供一個穩(wěn)定和血管化良好的環(huán)境，然后將這種成骨結(jié)構(gòu)植入缺損處。所使用的支架包括顆粒脫礦骨基質(zhì)（DBM）、膠原海綿和多孔羥基磷灰石陶瓷[33]。一項(xiàng)對249項(xiàng)評估BMAC治療骨缺損的研究的薈萃分析顯示，與對照組相比，所有的研究均顯示對骨愈合有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的改善[34]。Hernigou等人報(bào)道了用離心法測定骨髓抽吸物的濃度對骨愈合的影響[32]。作者報(bào)道了使用髂骨抽吸濃縮物聯(lián)合和不聯(lián)合DBM治療3-4cm以下骨缺損的良好愈合率。他們還報(bào)道，接受祖細(xì)胞少于1000/cm3和祖細(xì)胞少于30000的患者愈合率顯著降低。使用DBM復(fù)合移植物聯(lián)合骨髓抽吸濃縮物的療效優(yōu)于或近似于自體髂骨移植物的治療效果[35,36]。最近的一系列研究表明，用BMAC植入牛DBM支架后，成功愈合了達(dá)14厘米的長骨節(jié)段性缺損[36]。目前，使用BMAC的Ⅰ級臨床證據(jù)很少。研究表明，更高濃度的骨髓細(xì)胞可以增強(qiáng)骨折修復(fù)，但可用于治療臨床上的最大缺損的尺寸尚不清楚。

3.2 富血小板血漿（PRP）

目前，還沒有Ⅰ級證據(jù)表明富血小板血漿（PRP）單獨(dú)使用或與其他材料聯(lián)合使用對骨愈合有顯著影響。有證據(jù)（Ⅲ和Ⅳ級）表明PRP作為一種局部骨移植的輔助對骨愈合有積極的影響，它能增加骨不連時骨沉積的速度，提高骨再生和融合的質(zhì)量，特別是足部與腳踝手術(shù)[37]。總的來說，目前缺乏足夠的科學(xué)證據(jù)來支持單獨(dú)使用PRP或與其他骨移植物聯(lián)合使用來治療骨缺損的療效。

3.3 誘導(dǎo)蛋白

誘導(dǎo)蛋白的使用已被批準(zhǔn)用于開放性脛骨干骨折，對節(jié)段性骨缺損的重建具有積極影響[38,39]。Jones等人使用BMP-2聯(lián)合同種異體骨治療急性節(jié)段性脛骨缺損，并與單獨(dú)自體骨治療組進(jìn)行比較。在這個Ⅰ級臨床試驗(yàn)中，平均缺損大小為4cm（最高可達(dá)7 cm）。兩組患者的并發(fā)癥發(fā)生率和預(yù)后均無顯著性差異，愈合率相似。該研究提示rhBMP-2同種異體植骨術(shù)治療脛骨缺損與自體植骨術(shù)一樣安全有效。

近年來，Melville等人提出了一種新的組織工程技術(shù)，將同種異體骨、BMAC和rhBMP-2結(jié)合使用，與傳統(tǒng)的自體移植方法相比，該技術(shù)具有侵入性小、術(shù)中時間短、成本低、供區(qū)發(fā)病率最低或無供區(qū)發(fā)病率的優(yōu)點(diǎn)，可用于頜面部大面積缺損的即時重建[40]。支架是一種三維框架，細(xì)胞可以附著在其上并在其上增殖。骨是重建骨骼的良好支架；同種異體移植物如肱骨具有承受咀嚼負(fù)荷所需的強(qiáng)度。大量文獻(xiàn)均報(bào)道了經(jīng)口或口外入路的即時和延期重建，雖然首選的技術(shù)大多是即時重建，但在術(shù)后廣泛軟組織缺失的情況下，延期重建更加合理。充足的軟組織是手術(shù)成功的關(guān)鍵因素；足夠的軟組織能保證初步的防滲漏的無張力關(guān)創(chuàng)，以防止細(xì)菌污染。如果軟組織量不足，則進(jìn)行帶血管的游離皮瓣移植，隨后進(jìn)行延期組織工程重建?？谇粌?nèi)入路必須特別小心，因?yàn)榻M織工程骨移植物極易受到唾液滲漏和移植物細(xì)菌污染的影響[41]。

盡管有越來越多的在重建頜面部大段骨缺損方面的進(jìn)展，該技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)。添加rhBMP-2的一個不良反應(yīng)是術(shù)后不可避免的腫脹，這是由于rhBMP-2的類似炎癥細(xì)胞因子樣的性質(zhì)，類固醇對其影響很小。因此，術(shù)前預(yù)防措施是必要的。當(dāng)rhBMP-2與可吸收的膠原海綿結(jié)合作為載體時，可在手術(shù)后三周內(nèi)將蛋白質(zhì)持續(xù)釋放到骨形成環(huán)境中，然而可能出現(xiàn)骨再生部位血管生長受阻和軟組織受壓的并發(fā)癥[42]。另外，BMAC的獲取也有一些禁忌證，如先天性疾病、代謝性疾病、惡性腫瘤或獲取部位有創(chuàng)傷史的病例，年輕患者(<18歲)應(yīng)謹(jǐn)慎使用[43]。無血管化的同種異體移植物極易受到細(xì)菌污染[44]。支架與缺損的不匹配以及個性化定制的支架是面臨的另一個挑戰(zhàn)，因?yàn)樵撨^程可能需要多個步驟、設(shè)備部件。此外，目前的技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)均質(zhì)性的骨結(jié)構(gòu)的再生，而腫瘤消融或創(chuàng)傷引起的顱面缺損的臨床情況大多需要多種組織的工程化，包括軟組織、硬組織和神經(jīng)組織。顳下頜關(guān)節(jié)包含骨、軟骨就是一個例子。在復(fù)雜的情況下，下頜支或顴骨顴弓缺損，可能需要重建顳下頜關(guān)節(jié)(TMJ)。由于軟骨缺乏血管，TMJ具有較差的再生能力。三維打印技術(shù)的出現(xiàn)在復(fù)雜骨缺損的再生方面取得了顯著進(jìn)展。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)個性化支架的構(gòu)建[45]。多層支架的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一個血管網(wǎng)絡(luò)，可以更好地在骨缺損部位中實(shí)現(xiàn)代謝產(chǎn)物交換[46]。

4 總結(jié)

隨著對頜面部大段骨缺損修復(fù)方法的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)人工骨材料與組織工程技術(shù)結(jié)合有著巨大的應(yīng)用前景。在骨材料中加入生物因子、藥物、種子細(xì)胞等，能有效促進(jìn)骨形成。目前的文獻(xiàn)表明，在短期隨訪中，使用大規(guī)?？梢浦病⒀芑涂啥ㄖ频墓遣牧蟻碇亟M面部骨缺損是有潛力的。這種方法可能是目前臨床治療方法的一種替代方法，隨著對未來頜面大型缺損重建的更深層次的認(rèn)知，有必要進(jìn)一步進(jìn)行大樣本和長期隨訪的研究來得出確切的結(jié)論。