牙科种植中使用的浓缩生长因子
在牙科种植领域,人们对于促进伤口愈合的产品的兴趣正不断增加。各式各样的步骤与方法不断被研发出来,增强愈合的元素及增进身体自我愈合能力。
每一个二期愈合 (开放式)伤口都有炎症,血小板堆积和经过凝结重叠的纤维蛋白块的平行构成。
伤口愈合过程有四个基础:
1.免疫和基质细胞及其交流;
2.血管再生及血管系统的变化;
3.容留细胞的支架及框架的发展;
4.生物封闭及空间保留的建立。
对于再生来说,黄金法则是含有其自身限定的自体骨和软组织的移植。异体物质提供者及异种移植物或许是一种选择,但都与理想物质相离太远还不一定能取得,而且不一定被患者和医生所接受。甚至对于骨基质蛋白BMP-2 和BMP-7 的开端,也离我们的理想介质较远。
富血浆蛋白 (PRP )的概念是在生长因素的研制配方和获取仍在发展时期发展起来的。由于获取血液方法不同以及使用不同离心程序,就像其缺乏适当的研究对象一样,PRP 最初混合的效果也有很大变化。制作PRP 的技术是非常重要的,其会影响最终产品的数量和质量。
富血小板血浆
PRP 的最主要的作用是在早期阶段加速愈合,减少疼痛和肿胀以及使用黏膜后减少并发症。这要归因于PRP 的抗炎效果。尽管最终的结果都差不多,但这种加速和提升愈合时间还是减少了手术的并发症,如疼痛、感染、黏膜暴露等等。这可是某些 和老年患者所主要考虑的。血小板不但在止血中扮演极其重要的角色,而且由于它们是生长因子的丰富资源所以其也是愈合过程的基础。血小板含有两种类型的基本颗粒,阿尔法颗粒和致密体。阿尔法颗粒含有:纤维蛋白原、纤维连接蛋白、V 因子和血管性血友病因子、PDGF 、TGB-β、类胰岛素生长因子 (IGF-II 和IGF-I )、TGF-f5 和VEGF 。致密体含有:ADP、ATP 、钙离子、组胺、血清素和肾上腺素。
从PRP 中分离出来,后者留在试管底部。随后的浓缩物取决于患者最初的采血量。Marx和Carlson 建议,每微升含1 百万血小板的浓缩物能满足临床加速组织愈合的要求。所以血小板数量通常在595000 到1.1 百万之间变化,平均为785000 。
手术之前,要在PRP 中加入凝血酶和氯化钙使之成为凝胶状,有时也加入自体骨质。经过合成后的产品是一种紧密、刚硬但易碎的纤维蛋白。该结构有着与这些细胞粘附分子同样的浓缩物,就像常见的血块 (200-400 微克/mL ),因此其不能作为纤维蛋白凝胶或黏膜使用。
活性的血小板通过血块状结构开始分泌出生长因子。大约10 分钟内,就能释放出其所储存的70%的生长因子,一小时内达到100%。然而,最终完全释放出生长因子大约需要一周的时间。
PRP 加速骨的生成是通过诱导和刺激细胞,诸如造骨细胞来起作用的,不论其源于病灶区域还是源于自体移植的组织中。这些细胞是PRP 加速骨创伤愈合的基础。单独使用PRP 似乎仅具有骨诱导作用。这就强调了PRP 与自体骨混合要强于单一骨替代品的重要性。PRP 凝胶状态也提供了一种网架结构使得细胞、生长因子得以进入,便于患处的生理机制接替生长,而且以一种加速的方式进行。
Marx 和Garg 描述以目前方法制成的PRP 中血小板凝聚物不足以使成骨潜力大幅度增加。迄今为止,PRP 文献表明只有大约10%的PRP 转变成了骨。因此,已经有其它的技术研发出来增加血小板浓度及其产出。高浓度的PRP 已经有文献报道过,其只是另一种方法,使得产出的血小板多于常见PRP,报道称增加大约10 到23% 。
富血小板纤维蛋白(PRF)
富血小板纤维蛋白首先由Choukroun 于2001 年提出。不像PRP ,PRF 不需要抗凝血剂或凝血酶。血液采集到10 mL 试管中,并不加入抗凝血剂,立即用3000 rpm 转速进行离心10分钟 (经我们计算,大约为400 g )。
在离心过程中,血小板被动地撞击管壁,这样阶式凝固被激活。混合着血浆的纤维蛋白块和血小板汇集在试管中部。某些说法认为PRF 不但能像PRP 那样使骨生成和伤口愈合,还具有黏膜的功能。
挤出纤维蛋白块中的液体后,自体的纤维蛋白块似乎具有一定的抗拉剪能力,也就可以用在 环境中保护移植物。而且,这应归功于缓慢的凝血酶浓度的自然聚合过程,使良好及灵活的纤维蛋白网络等面连接得以建立。这就使得其支撑起细胞的迁移。Marx 争论说,一次离心的PRP 只能制作出PRP 和PPP 的混合物,血小板含量低得令人失望,这是因为红细胞会阻碍血小板的分离。这已经在人类细胞培养与PRP 对比的体外研究中证实了,似乎其中的血小板产量很少,而生长因子如PDGF 和TG 就更少了。然而,含有细胞活素的纤维蛋白能起到一种保护功能,从物理性及免疫性上来说,就像愈合过程中容留细胞留存的支架一样,它也是生长因子的存储器。这种容留延长了生长因子及细胞活素的寿命。在上颌窦提升中,Choukroun 对比了用冷冻的干燥异体骨分别混合FDBA 和PRF,其结果显示成骨质量差不多,但愈合时间减半。这也是其它完成的PRP 研究中的主题。
富生长因子血小板(PRGF E. Anitua)
另一种技术叫做 “富生长因子制剂(PRGF )”,由Anitua 提出。使用这种方法,取决于血液样品的凝结物范围和活性程度,可以从患者的血液中获得不同的富生长因子制剂。类支架状PRGF 由纤维状和细胞状部分构成,可以用于拔牙后窝洞的诱导骨再生。另一个是液态PRGF ,可用于湿润和活化牙科种植体表面以改进其骨结合性。一篇2008 年Sherwin 的研究中比较了一种特制PRP 系统制作的PRP 制剂。血小板产量高于PRP ,而血小板活性也高于PRGF 。PRGF 是一种开放式系统不太适于手术使用,而且很难做无菌维护。
CGF,就像PRF 一样,不需要添加牛的凝血酶或任何抗凝剂。然而,与PRF 相比,其在采集血样和离心程序方面则是另一种方式。CGF 使用的是2400-2700 rpm 可变转速来分离静脉血中的细胞,结果纤维蛋白凝块比常规的PRF 都更大、更稠密、生长因子更丰富。其显示了更好的再生性能和更多功能性。由于纤维蛋白原、XIII 因子浓缩物和得到的凝血酶,其纤维蛋白凝块的质量更好。凝血酶激活的XIIIa 因子,横向连接的纤维蛋白凝块增加了稳定性、强度并且防止血纤维蛋白溶酶的介导性降解。对于临床来说,经过这种转换的凝块具有很高的拉伸强度 (1 小时后1.5 kg VS 500 gm),粘合强度,缩短止血时间 (105 秒VS 360 秒)。除了可拉伸纤维蛋白膜,还获得了红细胞浓缩物的红色部分和血小板。它常常与自体或其它填充材料混合,作为一种易于操作的用于大空腔位置充填方法来使用。基本上,CGF 就是一个具有增强型纤维蛋白凝块及生长因子和细胞活素的升级版PRF 。
图2 显示了CGF 的4 部分特征:
1. 一部分品质优良的血清 (不含纤维蛋白原和凝结因子的血浆);
2. 一部分大块、稠密的纤维蛋白凝块;
3. 一部分液体,含有生长因子、白细胞系、等待刺激的干细胞和以专业区分的细胞等;
4. 最底下部分含有黏稠而密实的富血小板凝结物。
这些部分和其成分如下:
1. 血清血清
血清是血液中最轻和大部分的液体部分所在。它是该技术的基础,它能结合所有的移植物并能提供很多的生物化学成分和活化剂。它不含纤维蛋白原,只有很少的细胞。它应保持低温,为了避免蛋白变性,应尽快与其它物质混合。它是清澈的淡黄色液体,其含有:
● 92% H2O
● 7% 蛋白、无机盐、CO2 :
■ 蛋白:白蛋白、抗体
■ 营养素:碳水化合物、氨基酸、脂类
■ 酶
■ 荷尔蒙
■ 无机电解质
血清用于清洗腔体,以覆盖、保护所有的再生部分。
2. 纤维蛋白血块黄层纤维蛋白血块黄层
感谢Medifuge 分段式校准离心机 (Silfradent,Italy )聚合了纤维蛋白原分子 (FG ),该合成的纤维蛋白块由带有护相编织纤维的三维聚合体网络构成,全都集中于一个单独的凝胶状部分中。聚合过程中,直到反应结束纤维的直径都一直在增长。这一点说明了为什么要精确的设置设备的下列参数来最大限度地开发血液的潜力的重要性:
●速度
●温度
●时间
●加速度及控制速度
●大约200 相对离心力的重力加速度离心过程中尤其是聚合阶段纤维蛋白凝胶块的生长与发展,是往各方向的链式容积增长。因此上,许多的细胞成分结合在一起,既定的各种治疗过程如下:
●血浆和血小板细胞活素:修复、消炎及修复过程中的止痛 (TNF-a );
●血小板:传播讯号并释放生长因子。其最重要的是PDGF-BB 、TGHI3-1 和IGF-1 。
我们同时还得到了大量优良的纤维蛋白凝胶块,其用于:
●空腔填充
●黏膜支撑
●自体黏膜
●可以和其它填充材料混合的粒子
这就转换成了一种简单的工作流程,纤维蛋白的一种高程度的再生诱导及更好的多样化应用,从整个蛋白块到碎粒或黏膜的使用方式。
3. 生长因子及单能性干细胞生长因子及单能性干细胞位于血块黄层与稠密凝块之间。该部分可以用吸管抽出并与自体骨混合,以获得具有高性能活化的移植物。
4. 凝结物凝结物
CGF 技术中,红色部分由红白细胞、血小板、凝血因子浓缩物构成。看起来像一种暗红色稠密凝胶,可以单独使用,也可以混合纤维蛋白碎粒或自体、异体骨,用于填充大容积空腔。用于再生外科手术的CGF 可以看做一种多因子刺激系统。其应用的广泛性和多样性使它完全突出于目前所使用的其它技术。
材料和方法材料和方法
为了获得CGF,首先我们要使用一种21X 四分之三刻度的蝶式抽空取样针及真空包装9 ml Z血清凝块活化剂采血管 (Greiner bio.one,Austria )来采集静脉血样。
一旦血液装满,不能摇晃采血管,并立即将之放入Medifuge 离心机 (Silfradent,Italy )加速器的转子中。该设备的独有特性如下:
●机械结构及特性,如整体式可消毒转子
●标准仰角试管架
●工作温度
●转子仓消毒功能
●动态特性
●设置:启动、加速、离心液体所必须的转速及制动
●自动、关闭盖子消毒
所有这些特征使得我们能获得更多不同的成分。大约转动13 分钟后,血清从CGF 其它部分中被分离出来,并存放于特制无菌器皿中。分离出的纤维蛋白块存放于抗生素稀释液中(林可霉素600 mg )。含有生长因子和干细胞凝结物的开始部分立即存放到另一个器皿中。含有红细胞、血小板以及铁、钙和其它基本成分的凝结物用作于充填物制剂,可以和生物材料或自体骨混合用于骨切开术中。
从红色部分分离出来的纤维蛋白块,按不同的临床需要进行不同的变形:直接用于空腔移植;用专门的制膜钳制成薄膜;剪成碎粒和生物材料或活性自体骨混合。获得用于大空腔填充的自体CGF 移植物需要一个特殊的方法。把纤维蛋白块剪碎成大约1-2mm 的碎块,混合碎块、新鲜血液和更多的移植材料 (最理想的是自体骨)。可以加入一些血清以增加混合物的柔软性。把这些放入Round-Up 搅拌机 (Silfradent,Italy )中转动大约6秒钟就能使混合更完全和更均匀。这些密实而黏稠的糊状物植入空腔或骨缺失区,其非常容易塑形。最后用特制制膜钳压成的CGF 薄膜覆盖上就可以了。
CGF 薄膜用于覆盖伤口或重建区域,由于它的黏性和弹性,它可以粘附缝到到创口上。
手术最后,可用血清 “刷洗”伤口。
结论
在正常的伤口愈合中,纤维蛋白主要用于止血,但其最关键的作用是形成新的胞外网状结构。它把细胞和愈合蛋白网络和结合到一起,如血小板、白细胞、成纤维细胞和造骨细胞、内皮细胞、平滑肌细胞。角化细胞与纤维蛋白结合到一起。标定出细胞活素结合、生长因子和细胞黏合分子的位置,纤维蛋白间接促进了伤口愈合。
纤维蛋白也由动物实验证实了是血管再生的重要决定因素,纤维蛋白沉积于皮下组织诱导了血管再生。此外,许多研究也表明伤口愈合与纤维蛋白结构有很大关系;它的密度、分支点数量、孔隙率和渗透性等等。纤维蛋白的物理结构由许多因素决定,包括:凝块率、XIII因子浓缩物、凝血酶、氯离子、pH 值等等。优化这些条件也是CGF 方案必须注意的部分。这些纤维蛋白的纤维会由于某些疾病而发生病理性改变,很明显这会干扰伤口的愈合。这似乎就是患者从CGF 中获得的好处。此外,也有许多的研究显示使用PRP、PRF 加速了愈合过程,也有研究显示纤维蛋白填充材料作为促进伤口愈合的主要基质。
事实上,CGF 不仅仅作为自体的生长因子和黏膜资源来使用,不像PRP ,它没有样加入动物源的产品。由于没有加入抗凝血剂,伴随着阶式凝固器,血小板开始被自然激活。含有丰富纤维蛋白的凝块/黏膜就与生长因子一道协同作用了。
关于作者
Peter Mansour 是牙科种植医师。他在美国完成了种植及骨移植课程。2009 年在加州大学洛杉矶分校全球牙科教育学院完成了先进种植治疗研究生课程。他现在悉尼开设私人诊所并且获得了伦敦大学国王学院的固定和可移动式义齿修复远程研究生文凭。
Paul Kim 是牙科种植医师。他在美国完成了种植及骨移植课程。2009 年在加州大学洛杉矶分校全球牙科教育学院完成了先进种植治疗研究生课程。他现在格里菲斯大学牙周病学科学习研究生课程。
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