浓缩生长因子在口腔种植骨缺损中运用的研究进展

罗华珍 综述，曹良菊 审校

【摘要】口腔种植技术已广泛用于缺失牙的修复中,由于各种原因所导致的种植区域骨量不足却限制了种植义齿的应用，浓缩生长因子是由自身静脉血提取出的多种生长因子，这些生长因子能够促进骨再生，本文就浓缩生长因子在口腔种植中的应用做一综述。

【关键词】浓缩生长因子  种植  骨缺损

Recent advances on the concentrate growth factors（CGF）apply to dental implant bone defect

【Abstract】Oral planting technology has been widely used in the restoration of missing teeth.Due to various reasons caused the planting area of bone deficiency limits the application of planting. Concentrate growth factors are variety kinds of growth factors extrated from autologous venous blood。 These growth factors can accelerate the regeneration of bone tissue。In this article the concentrate growth factors  apply toimplant will be reviewed.

【Keywords】concentrate growth factors   implant   bone defect

近年来，随着口腔医学的发展，口腔种植技术已广泛应用于临床工作，缺牙区足够的牙槽骨量是种植成功的先决条件，然而造成天然牙缺失的疾病诸如牙周病、天然牙拔除、损伤和感染等均可引起牙槽骨的缺损，在具有骨缺损的牙槽骨区种植往往需要通过骨再生实现新骨形成，因此，探索能有效修复骨缺损的骨移植材料具有重要意义。早期的骨再生主要通过引导性骨再生（Guided Bone Reneneration,GBR）技术实现，虽然GBR对骨再生的效果明确，但所需的移植骨材料及再生膜价格昂贵，探索经济适用，适用于骨再生的材料迫在眉睫，生长因子于此背景下应运而生。浓缩生长因子（concentrate growth factors, CGF）是从病人自体血液中提取，具有浓缩生长因子的促生长和愈合能力，有利于组织的再生恢复，是一种新型修补生物材料，其应用已成为骨缺损修复研究领域近年来的热点课题，在骨缺损的再生修复中具有广阔的运用前景，本文就CGF在修复口腔骨缺损的运用研究方面做一综述。

浓缩生长因子(concentrated growth factors，CGF)通过特殊的离心机制备而成，CGF促进组织修复的功能有赖于纤维凝胶块中高浓度的生长因子和CD34干细胞，各类生长因子可发挥促进软硬组织再生修复的特性，提高成骨质量，缩短成骨时间，三维网状结构的纤维蛋白可形成致密的膜，抗拉伸强度高，可阻挡软组织长入骨内，同时可引导骨组织再生，减轻术后并发症，减少抗生素和止痛药的使用，是再生医疗领域中组织刺激的新技术。并且CGF完全取自病人自体静脉血，无免疫排斥，无需添加抗凝剂及任何外源性物质，无交叉感染，因此不会引起病毒性传染病，在安全和控制感染上较PRP 要更进一步，且由于 CGF 的制备经过特殊的三种转速的变速离心力，充分激活血小板中的α颗粒，释放更高浓度的生长因子，将更多的纤维蛋白原转化为纤维蛋白，富含纤维蛋白的凝块比常见的PRF 中大得多。

一、CGF的主要成分及生物学特性

CGF纤维凝胶块中含有丰富的纤维蛋白及各类高浓度的生长因子，他们通过促进细胞增殖与分化，增强基质合成和新生血管生成，表现出更佳的促骨组织的再生修复能力。

CGF中含有的各类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。与骨再生密切相关的生长因子有PDGF、TGF-β、VEGF、BMP。PDGF促进骨再生主要通过以下机制来实现，首先PDGF可刺激骨髓基质干细胞的有丝分裂，分化成成骨细胞，分泌TGF-β。其次是血管生成作用，PDGF促进血管内皮祖细胞及间充质干细胞的迁移和血管生成，通过诱导平滑肌细胞粘附于新生血管内皮下，稳定新形成血管，促进血管的成熟^[1]。此外，PDGF还具有巨噬细胞活化功能，促进创口部位的清创，成为骨再生的主要生长因子来源^[2]。在破骨介导骨吸收的过程中，骨基质释放TGF-β，释放的TGF-β可诱导间充质干细胞迁移和分化成为成骨细胞，使骨细胞增多，从而促进新骨的形成^[3]。骨的生长和重塑需要新生血管的供养，VEGF是诱导血管生成最重要的始动生长因子，通过调节血管内皮细胞的聚集，促进血管内皮细胞的分裂增殖，增强血管通透性，促进新生血管的形成^[4]，缺氧是促进VEGF分泌的重要因素，缺氧环境下，VEGF的表达量升高，促进成骨细胞增殖分化的碱性磷酸酶的活性及表达亦升高，从而促进骨组织的再生。IGF主要通过促进细胞的有丝分裂，促进成骨细胞的增殖和分化，形成骨及软骨基质。BMP参与骨再生的作用机制主要是通过诱导骨髓间充质干细胞分化成为成骨细胞系 ^[5]，将自身骨髓间充质干细胞进行荧光标记后通过耳静脉注入小鼠体内，可观察到骨髓间充质干细胞归巢至含有BMP的支架部位，并分化成为成骨细胞，说明BMP的局部释放可促进骨再生，机制为促进内源性干细胞的动员，并诱导干细胞分化为成骨细胞系^[6]。

CGF促进组织再生修复作用的发挥除了以上提到的这些生长因子外，通过特殊离心所获得的纤维蛋白网状支架结构使白细胞、血小板及各种生长因子易于粘附于其表面，从而更好的发挥抗炎、释放生长因子等生物学效应，又能支持生长因子所诱导生成的新生组织。 

二、CGF在口腔骨缺损治疗中的研究前景

CGF因富含多种高浓度的生长因子，可促进软硬组织的再生与重建，是再生医学的研究重点。CGF在口腔组织的再生研究中亦取得重大突破，诸如各种原因造成的局部牙槽突骨量不足或种植体周围骨缺损的治疗中，传统的治疗方式是通过GBR实现骨增量，CGF的联合运用给治疗带来更高的安全性与可靠性，目前已运用于拔牙位点保存^{[7, 8]}，上颌窦提升术^{[9, 10]}，颌骨骨缺损修复，牙周炎治疗^[11]及种植周围骨缺损^{[12, 13]}等领域并取得肯定的效果。

为探讨CGF通过何种方式影响骨细胞实现新骨形成，学者们进行了大量的体外实验。CGF因含有自体骨诱导血小板生长因子和骨诱导纤维蛋白基质，对骨髓间充质干细胞在体外增殖和成骨分化的调节实验中，CGF提取液浓度在1-10%之间呈浓度依赖性的促进人fhTERT-E6/E7骨髓间充质干细胞的增殖、成骨分化和矿化^[14]。后期Takeda又对CGF对骨髓细胞生长分化的影响进行实验探究，实验将培养的大鼠骨髓干细胞分为三组，第一组在培养皿中加入CGF，第二组加入PPP，第三组未加任何物质作为空白对照，实验结果显示加入CGF和PPP组的大鼠骨髓干细胞的肌动纤维明显多于空白对照组，在细胞形态学上加入CGF组与加入PPP组无统计学差异，然而在细胞增殖和成骨细胞分化方面CGF的作用明显强于PPP，显示出CGF在促生长和成骨作用由于PPP^[15]。狄婧^{[16, 17]}等实验亦发现CGF能明显促进大鼠骨髓间充质干细胞体外的早期增殖，加强成骨诱导能力，促进钛片表面MC3T3-E1细胞的增殖分化。 

在大量体外实验显示CGF具有促进骨细胞增殖及骨组织再生的前提下，为探讨CGF在体内是否同样具有促进骨再生的作用，学者们又进行了大量的的体内研究实验。为探讨CGF对种植体周围骨缺损修复的作用，Durmuslar^[18]在兔子胫骨上植入两颗种植体，在种植体周围人为制造直径8mm的骨缺损，实验分为四组，分别是种植体周围不植入任何物质的空白对照组，植入CGF的CGF组，植入自体骨的AB组和植入CGF+AB组，实验结果显示缺损面积最大的为空白组，最小的为CGF+AB组，且AB组缺损范围显著大于AB+CGF组，差异具有统计学意义，说明CGF具有促进新骨形成的显著作用，在骨缺损区植入自体骨和CGF的混合物比单独植入自体骨更有效的促进新骨的形成^[19]。CGF联合骨髓间充质干细胞移植治疗大鼠颅骨缺损实验中，术后12周CGF和骨髓间充质干细胞的联合疗法几乎全部修复了大鼠颅骨缺损，骨的再生明显优于对照组^[14]，为CGF联合骨髓间充质干细胞治疗骨缺损提供了新的治疗思路。CGF联合骨代用品（羟基磷灰石生物陶瓷）与单纯应用羟基磷灰石生物陶瓷在口腔即刻种植中对种植体周围骨缺损修复再生影响的实验研究中， CGF联合羟基磷灰石生物陶瓷使新骨形成的时间早于单纯应用羟基磷灰石生物陶瓷，种植体骨结合率亦高于单纯应用羟基磷灰石生物陶瓷组，说明CGF可促进种植体周围骨缺损的再生，促进种植体的骨结合，缩短种植体骨结合的时间^{[12, 13]}。CGF联合Bio-oss骨粉植入骨缺损区，能显著诱导骨组织的再生，促进骨缺损的愈合，缩短愈合时间，提高骨愈合的质量^[20] ，单独运用CGF亦表现出类似的促进骨愈合的效果，在骨缺损区单独植入CGF可增加骨密度及新骨形成量^[21]。

经过前期大量体外、体内实验的研究，CGF促进骨再生的作用在口腔临床上也得到广泛的运用。Kim将CGF单独运用于上颌窦内提升术联合同期种植中，术后即刻CBCT测量显示上颌窦膜平均提升13.95±6.61mm，术后24周，上颌窦底骨增量平均为8.23±2.88mm^[22]。Sohn^[23]在上颌窦外提升同期种植联合运用CGF的实验中亦观察到具有明显的骨形成，说明CGF可作为上颌窦提升术中预期效果较好的骨移植材料。因根尖囊肿、颌骨囊肿导致的牙槽骨缺损在临床上很常见，CGF在修复因囊肿造成颌骨缺损方面亦显示出良好的促骨再生作用^[24]，在囊肿摘除的同期于骨缺损区植入自体CGF，CGF膜覆盖缺损区，3.5个月后在植入CGF的缺损区看到骨样组织形成，同期于缺损部位植入种植体，术后3个月在种植体周围形成大量的再生骨，种植体与再生骨之间骨结合良好，种植体稳定性较好，软组织形态与功能良好^{[25, 26]}。在上颌前牙唇侧骨缺损的即刻种植中，钛网联合CGF、Bio-oss骨粉能有效重建上前牙唇侧重度骨缺损，且唇侧颈部新生边缘骨厚度和高度在永久修复一年后趋于稳定^{[27, 28]}，CGF的运用扩大了增加剩余牙槽嵴的适应症，为成功的种植提供足够的骨量和适宜的解剖学条件。对于前牙唇侧骨缺损的再生修复，CGF的运用是一种安全和可靠的方法。

三、展望

未来的GBR更倾向于天然的骨移植材料，即自体移植，CGF可认为是天然的移植材料。CGF的使用为口腔骨缺损修复手术带来更高的安全性，且技术操作简单可靠，临床提取简单，作为一种简单、安全、价廉的骨移植材料，在骨缺损修复再生中的效果可靠，同时避免了取自体骨的痛苦和使用人造骨的弊端，扩大了种植手术的适应症，作为一种安全可靠的技术可单独运用，亦可制成碎片与植骨材料混合使用，不具有传染性及变态反应性疾病，可作为骨组织工程的生长因子源。CGF的三维纤维蛋白网状结构可形成致密的膜，抗拉伸强度高，因此在一定程度上可以代替GBR中异体胶原膜，形成一种保护屏障阻止上皮移植，有效减少感染可能，促进骨愈合，缩短愈合时间。在即刻种植、拔牙窝位点的保存、颌骨囊肿的治疗、牙槽骨修整、颌面外科及促进骨折愈合等领域均具有广泛的临床应用前景，然而，CGF促进骨再生的最适浓度仍然不清楚，仍需进一步探讨。

【参考文献】

1. Caplan AIC, D. PDGF in bone formation and regeneration: new insights into a novel mechanism involving MSCs. . J. Orthop. Res. 2011,29:1795-1803.

2. Landesberg R, Burke A, Pinsky D, Katz R, Vo J, Eisig SB, et al. Activation of platelet-rich plasma using thrombin receptor agonist peptide. J Oral Maxillofac Surg 2005,63:529-535.

3. Tang Y. TGF-β1–induced migration of bone mesenchymal stem cells couples bone resorption with formation. Nat. Med 2009,15:757-765.

4. Jabalee J F-OT. Vascular endothelial growth factor signaling affects both angiogenesis and osteogenesis during the development of scleral ossicles. Dev Biol 2015,406:52-62.

5. Sun J LJ, Li C, Yu Y. Role of bone morphogenetic protein-2 in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Mol Med Rep 2015,12:4230-4237.

6. Zhang W, Zhu C, Wu Y, Ye D, Wang S, Zou D, et al. VEGF and BMP-2 promote bone regeneration by facilitating bone marrow stem cell homing and differentiation. Eur Cell Mater 2014,27:1-11; discussion 11-12.

7. 朱佳. 浓缩生长因子在美学区拔牙位点保存中的应用. 中国医药指南 2016:96-97.

8. 韩小梅 吕, 李文超. CGF联合骨代用品在美学区域拔牙位点保存技术中的应用效果. 内蒙古医学杂志 2013:1219-1220.

9. 黄娜, 吴锋, 李平, 刘子平, 林炬, 唐尤超, et al. 应用浓缩生长因子行上颌窦内提升后种植体周围骨变化. 中国组织工程研究 2015:7575-7582.

10. Sohn DS, Heo JU, Kwak DH, Kim DE, Kim JM, Moon JW, et al. Bone regeneration in the maxillary sinus using an autologous fibrin-rich block with concentrated growth factors alone. Implant Dent 2011,20:389-395.

11. 林敏魁，刘娟，闫福华. 自身生长因子在重度牙周炎治疗中的应用进展. 中国实用口腔科杂志 2016,9:209-213.

12. 柳宏志 李, 王天祥,刘屹嵩,张立霞,邹高峰. . CGF联合骨代用品在即刻种植中修复种植体周围骨缺损的实验研究. 口腔颌面外科杂志 2012,04:277-282.

13. 王天祥 李, 邹高峰,王秋旭,柳宏志,孟雪. 浓缩生长因子促进犬种植体周围骨缺损修复的实验研究. 中国口腔颌面外科杂志 2013:199-203.

14. Honda H, Tamai N, Naka N, Yoshikawa H, Myoui A. Bone tissue engineering with bone marrow-derived stromal cells integrated with concentrated growth factor in Rattus norvegicus calvaria defect model. J Artif Organs 2013,16:305-315.

15. Takeda Y KK, Matsuzaka K, Inoue T. The Effect of Concentrated Growth Factor on Rat Bone Marrow Cells In Vitro and on Calvarial Bone Healing In Vivo. Int J Oral Maxillofac Implants 2015,30:1187-1196.

16. 狄婧. 浓缩生长因子纤维蛋白对大鼠骨髓间充质干细胞体外增殖及分化的影响; 2015.

17. 姜志红. 浓缩生长因子提取液对钛片表面MC3T3-E1细胞影响的实验研究. 中国口腔种植学杂志 2016,02.

18. Durmuşlar MC BU, Dede FÖ, Misir AF, Bariş E, Kürkçü M, Kahraman SA. Histological Evaluation of the Effect of Concentrated Growth Factor on Bone Healing. J Craniofac Surg 2016,27:1494-1497.

19. Wang F, Li Q, Wang Z. A comparative study of the effect of Bio-Oss in combination with concentrated growth factors or bone marrow-derived mesenchymal stem cells in canine sinus grafting. J Oral Pathol Med 2016,46:528-536.

20. 牛临生. 浓缩生长因子联合Bio-oss骨粉促进骨缺损愈合的实验研究. 中国医药指南 2016,16.

21. Kim TH KS, Sándor GK, Kim YD. Comparison of platelet-rich plasma (PRP), platelet-rich fibrin (PRF), and concentrated growth factor (CGF) in rabbit-skull defect healing. Arch Oral Biol 2014,59:550-558.

22. Kim JM SD, Bae MS. Flapless transcrestal sinus augmentation using hydrodynamic piezoelectric internal sinus elevation with autologous concentrated growth factors alone. Implant Dent 2014,23:168-174.

23. Sohn DS HJ, Kwak DH. Bone regeneration in the maxillary sinus using an autologous fibrin-rich block with concentrated growth factors alone. Implant Dent 2011,20:389-395.

24. Mirković S D-MT, Pugkar T. Application of concentrated growth factors in reconstruction of bone defects after removal of large jaw cysts--the two cases report. Vojnosanit Pregl 2015,72:368-371.

25. Shyu SS, Fu E, Shen EC. Clinical and Microcomputed Topography Evaluation of the Concentrated Growth Factors as a Sole Material in a Cystic Bony Defect in Alveolar Bone Followed by Dental Implantation: A Case Report. Implant Dent 2016,25:707-714.

26. Tadi A, Puskar T, Petronijevi B. Application of fibrin rich blocks with concentrated growth factors in pre-implant augmentation procedures. Med Pregl 2014,67:177-180.

27. 林海燕. 钛网联合浓缩生长因子重建上前牙唇侧骨板重度缺损的临床疗效评价. 上海口腔医学 2016,03.

28. Lin HY1 ZW, Yu YC, Jia HY, Wang RF. Clinical study of titanium mesh in conjunction with concentrate growth factors to rebuild severe bone defect of anterior maxilla. Shanghai Kou Qiang Yi Xue 2016,25:352-356.