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CGF在口腔种植中的应用

在口腔种植领域中,由于各种原因造成的种植牙局部牙槽突骨量不足或种植体

周围骨缺损的修复在种植外科的研究中已经取得了重大突破。新一代的血浆提

取物--浓缩生长因子(CGF,Concentrate Growth Factors)能够明显缩短术区

成骨的时间,提高成骨质量,促进成骨及组织的愈合。CGF是一种修补生物材料,其中含有浓缩生长因子及纤维蛋白,具有改善并增强组织再生的独特性质,是再生医疗领域中组织刺激的新技术。CGF技术是以患者自身静脉血为原料,

通过特殊的离心方法分离制备,再单独或联合其他生物材料注入硬组织缺损或

软组织创伤处,从而修补缺损,诱导生长,加速局部创伤的愈合并提高愈合质量。

1 CGF技术的发展历史

1984年,Assoion[1]等发现了人血浆中提取的富血小板血浆(platelet—rich plasma,PRP)中含有多种生长因子,当PRP与氯化钙以及牛凝血酶混合后,

各种生长因子即从血小板中的α颗粒中释放出来。但是牛凝血酶的使用往往伴

随着凝血因子Ⅴ、Ⅺ抗体的形成,并且存在着威胁生命的凝血紊乱发生的可能

性[2]。作为第二代浓缩血小板,富血小板纤维蛋白(PRF)是由Choukroun首先引入的[3]。PRF是富纤维蛋白凝胶,由患者静脉中抽取的新鲜血液制作而成,属于新一代的血小板浓缩物,它制备简单无需任何生物添加剂的处理。在PRF

通过离心分离的制备过程中,血小板被激活同时大量脱颗粒细胞中蕴含的重要

的生长因子释放出来 [4]。浓缩生长因子(CGF)是Sacco首先研发的[5],与

PRF一样,CGF由静脉血分离制备而成。不过,两项技术的离心速度有所不同。与PRF不同,CGF技术采用的速度从2400到2700rpm不等,这是为了分离

静脉血中的细胞,因此CGF中富含纤维蛋白凝块比PRF中的大得多,而且更

粘稠,纤维蛋白的含量也更多。使用富含纤维蛋白凝块时,将显示更强的再生

力和更好的多样性。CGF比PRF具有更高的抗张强度、更多的生长因子、更

好的粘性和更高的粘合强度。因此,外科医生可以将CGF作为隔膜来加速软组织愈合或与骨移植物混合,以加快新骨重建。CGF无需添加任何化学或过敏性

添加剂(例如凝血酶或抗凝剂),因此不会引起病毒性传染病。

2 CGF的制备方法

首先采集10ml患者的静脉血,注入试管中,注满后勿摇动,立即放入

Medifuge(Silfradent 意大利)离心加速机的转筒中。设定制备CGF程序,旋

转12分钟后,可见试管中分为三层(最上层为血清,中间纤维蛋白层,底层为红细胞及血小板),将血清分离出来,并存储在特定的存储器皿中。CGF被分

离出来,并存储在稀释的抗菌溶液中(Lincocin 600mg)。底层的红细胞部分

及血小板立即存储在器皿中,其中富含红细胞、血小板以及铁、钙和其他基本

元素、可以用来制备截骨术中的填料,以便混合生物材料及自体骨。将CGF切割成1-2mm的微粒,随后依次与收集的红细胞部分和骨代材料混合,为增加混

合物的柔软度,可添加一些血清。使用特定的收集设备(Silfradent 意大利)旋转6秒钟左右将其混合并搅匀,将这种密度大的糊状粘结剂嵌入骨缺损处。另

外CGF具有极大的可模制性,通过压缩,这种凝结物可能表现为薄膜的形式,或是凝结物本身破碎而产生的碎片,通过用手术钳压制获得CGF隔膜,然后在受损区域敷上CGF隔膜,由于隔膜具有一定的粘附力与弹性,使这些区域得以粘结愈合,手术结束时可以用少许血清来清洗伤口。

3 CGF的主要成分及生物学特性

CGF作用的发挥有赖于其高浓度的各类生长因子及纤维蛋白原所形成的纤维网

状支架。制备CGF过程中特殊的变速离心使得血小板被激活,其中的血小板α

颗粒释放出各种生长因子,他们能促进细胞增殖、基质合成和血管生成,而纤

维网状支架又能支持生长因子所诱导生成的新生组织。其中的浓缩生长因子包

括血小板衍生生长因子(PDGF)、转移生长因子-β(TGF-β)、类胰岛素生长因

子(IGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、表皮生长因子(EGF)以及成纤维细胞生长

因子(FGF、骨形成蛋白(BMPs) 等。他们各自作用分别为:

(1)血小板衍生生长因子—PDGF是一种相对分子量大约为30kD的糖蛋白,首

先在血小板的α颗粒中发现.也可由巨噬细胞、上皮细胞等合成和分泌,是最

早出现在伤口的生长因子,可促进结缔组织的修复和再生[6]。PDGF在血小板

中有3种同分异构体:PDGFαα、PDGFββ和PDGαβ,在人类主要以PDGFαβ杂二聚体存在。在机体遭受损伤时。PDGF从脱颗粒的血小板中释放.激活其靶细胞(如巨噬细胞、成纤维细胞、骨髓干细胞等)的细胞膜受体,

细胞浆内的信号蛋白获得高能磷酸键,信号蛋白活化后诱发一系列反应。包括

促进伤口处细胞的有丝分裂,形成功能性毛细血管.巨噬细胞发挥吞噬作用并

释放生长因子等。PDGF主要具有丝裂原作用,作为一种促有丝分裂因子,在

损伤部位表达较高,促进细胞趋化、增殖,并且可增加胶原蛋白的合成能力[7]。

(2)转移生长因子-β(TGF-β) 有两种形式,即TGF-β1和TGF-β2,相对分子

量大约为25 kD。在血小板、巨噬细胞等内合成。由血小板脱颗粒释放或活化

巨噬细胞分泌,以旁分泌形式作用于成纤维细胞、骨髓干细胞和前体成骨细胞。这些细胞又可合成和分泌TGF-β,以旁分泌或自分泌形式发挥作用[6]。因此,Marx等认为TGF-β是能支持长期组织愈合的骨再生因子。TGF的主要功能是

促进前体成骨细胞趋化和有丝分裂。促使伤口处胶原基质中的成骨细胞聚集。

此外,TGF可以抑制破骨细胞形成和骨吸收,使得骨形成大于骨吸收。

(3)类胰岛素生长因子(IGF)是具有多种生理功能的生长因子,它对多种细胞具有促进有丝分裂的作用,包括成骨细胞、平滑肌细胞、骨骼肌细胞、角质细胞等。作为促进细胞增殖的另一种表现,IGF可以抑制许多细胞在成熟之前的凋亡。

此外,它还参与皮肤、骨骼和神经系统的发育和分化[8]。其作用机制是:IGF

与细胞受体结合发生受体自身磷酸化,后激活酪氨酸蛋白酶。促使胰岛素受体

底物磷酸化,从而调节细胞的生长、发育和代谢。

(4)血管内皮生长因子(VEGF)是1989年Ferrara等首先从牛垂体的滤泡状细胞

中纯化的同源二聚体糖蛋白。其主要生理作用是:VEGF与受体结合后促进微

血管周围内皮细胞的增殖、迁移,并改变其基因表达;增强血管通透性,促进

血浆蛋白的渗出,形成富含纤维素并有利于新血管形成的细胞外基质。在骨折

部位存在氧梯度,在低氧状态下,VEGF表达增高,促进成骨细胞的分化,提

高碱性磷酸酶的表达,促进骨折愈合[9]。

(5)表皮生长因子(EGF)是一种由53个氨基酸组成的低分子量单链多肽,具有多种生物学活性。其中以刺激体内多种类型组织细胞分裂和增殖最为突出。此外,EGF能促进基质合成和沉积。促进纤维组织形成[10]。

(6)成纤维细胞生长因子(FGF)对骨再生和发育以及骨折的恢复起重要作用。

他们的主要任务是诱导骨再生,而骨再生是骨组织形成过程中最重要的阶段。7.BMPs(bonemorphogenetic proteins):BMP是一种疏水性酸性多肽,与羟基磷灰石有较高的亲和力,在诸多因子中唯一能够单独诱导骨组织异位成骨。

这种活性蛋白使未分化的间充质细胞化学趋化、聚集、定向分化为成骨细胞,

合成胶原促进骨基质形成,形成钙化的骨组织。目前确定的已有20种BMPs,以BMP-2为中心,构成网络化自身调节骨髓基质干细胞的诱导成骨分化[11]。

除了以上提到的这些生长因子外,CGF中还具有特殊的网架结构。采用Medifuge分相器进行精准的分离处理,通过纤维蛋白原分子(FG)的聚合作用,

获取的纤维蛋白块可组成三维聚合物网络,内部纤维交织,均以凝胶状态单相

连接。在聚合过程中,纤维的直径不断增长,直至发生相互作用。纤维蛋白为

富含弹性的有机纤维蛋白网格,纤维单体间的浓缩是三分子和多分子性的,这

种纤薄,柔软,弹性及可渗透的网状结构使得骨细胞、红细胞、白细胞、血小

板及抗体易于增殖。CGF纤维蛋白分子结构为三键式联结,呈立体网状结构,

可有效的滞纳血小板及各种循环分子(如细胞因子)。

4 小结与展望

CGF可以促进血管有效增长,它使原有骨量的维持或重建成为可能,CGF可

以加速移植的生物材料的融合与重整,几乎不会引起任何感染。纤维蛋白能单

独引起血管新生,这一极其重要的特性可以通过纤维蛋白胶的三维结构来解释,此外还有困在其中的细胞因子的联合作用,纤维蛋白原和纤维蛋白降解产物促

进了中性粒细胞的迁移,增大了其表面上的受体CD11和CD18的容量,使中

性粒细胞可以粘附内皮细胞并游出,同时还可以使中性粒细胞粘附到纤维蛋白

原上,这些要素还能形成噬菌作用和酶降解过程。纤维基质能对上皮细胞和成

纤维细胞起作用,从而引导受伤部位所覆盖区域的愈合。所有这些因素使我们

可以将CGF视作一个纤维蛋白凝结物,它能引起微脉管化,影响上皮细胞在其表面上的迁移。

CGF应用于损伤的组织时,通过引导损伤组织的再血管化,免疫调节以及捕获

循环血中的干细胞,最终促进组织愈合再生。在离心作用过程中,尤其是聚合

阶段,纤维蛋白胶凝块的发育与生长使链结构向各个方向膨胀。这样,许多细

胞成分被阻止,从而起到多种治疗作用,例如:血浆和血小板细胞因子起到修复、消炎和止痛(TNF-a)的作用;血小板传送信号,释放各种生长因子,其

中最重要的是PDGF、TGFβ-1和IGF-1,促进骨再生。因此,我们获得体积

较大、具有极强抵抗力的纤维蛋白胶凝块,可将其用于牙洞填充物、膜支撑体、自体膜修复、与其他填充材料混合等一系列治疗过程。

CGF具有促进组织生长和愈合能力,有利于所有再生组织的恢复。由于CGF

的特殊结构,使得其具有极强的可模制性,因此在一定程度上可以代替GBR

(引导骨再生技术)中的隔膜,但其在组织中的吸收时间以及隔离软组织向骨

缺损区内部生长的确切机制还尚不明确,因此这也将是未来的一个研究方向。

另外CGF技术在即刻种植、颌骨囊肿的治疗、拔牙位点的保存、促进骨折愈合等领域也有着广泛的研究前景。

参考文献

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