新研究：仿生蛋白基質實現牙釉質微結構再生

*圖源：Nature Communications

好的牙·訊｜英國諾丁漢大學、倫敦瑪麗女王大學等多國聯合研究團隊開發了一種基于仿生超分子蛋白基質的新型牙釉質再生技術，該技術能夠在牙齒表面引導磷灰石納米晶體的外延生長，成功恢復牙釉質的復雜微觀結構及其力學性能。研究成果發表于《Nature Communications》，為臨床治療牙釉質侵蝕、牙齒過敏等常見口腔問題提供了新方向。

研究指出，牙釉質作為人體最堅硬的組織，其復雜的羥基磷灰石納米晶體分級結構賦予了牙齒高剛度、硬度和斷裂韌性。然而，牙釉質一旦因機械磨損、酸蝕或齲病等原因受損，便無法自行再生。目前臨床上的修復材料如復合樹脂或陶瓷，雖能填補缺損，卻難以復制天然牙釉質的復雜結構與長期功能性。

研究團隊基于彈性蛋白樣重組體（ELRs）設計了一種可調節的韌性超分子基質，當應用于不同侵蝕程度的牙齒表面時，該基質能夠觸發磷灰石納米晶體的外延生長，復現了釉質不同解剖區域的結構特征，并恢復了其力學性能。

*圖源：Nature Communications

這項技術的核心在于模仿釉質發育過程中釉原蛋白基質的礦化機制。在牙釉質形成期間，釉原蛋白從無序構象轉化為有序的β-豐富纖維結構，引導層次化組織的磷灰石納米晶體的成核和外延生長。研究團隊通過計算和實驗工作相結合，詳細描述了基質的設計原理，并在離體環境中成功實現了從裸露牙本質到不同侵蝕程度牙齒表面的礦化層生長，厚度可達10微米。

研究人員在酸蝕的無棱柱釉質表面制備了約10微米厚的ELR涂層，在礦化溶液中暴露10天后，基質從釉質-ELR界面通過ELR基質誘導了磷灰石納米晶體的外延生長，形成了完整集成的礦化層。該層包含直徑約50納米、長度達數微米的納米晶體，展現出與天然釉質相同的六方磷灰石形態。

該技術同樣能夠再生棱柱釉質。在酸蝕的棱柱釉質表面沉積約2微米厚的ELR涂層后，經過10天礦化過程，成功觸發了類似納米晶體的外延生長，同時保持了獨特的棱柱和棱柱間結構。在完全失去釉質的牙齒上，該基質也能在暴露的牙本質表面生長出類似無棱柱釉質的礦化層。

納米壓痕和微摩擦學測試證實，再生釉質恢復了天然組織的關鍵機械性能，包括楊氏模量、硬度、摩擦系數和比磨損率。酸蝕釉質的楊氏模量（36.9±14.3GPa）和硬度（1.1±0.6GPa）明顯低于天然釉質（80.7±18.3GPa和3.4±0.9GPa），而再礦化后這兩個參數分別恢復至76.3±18.7GPa和3.1±0.8GPa。

通過聚焦離子束制備的超薄切片和透射電鏡分析，研究人員確認了新生長納米晶體與下方天然組織的晶體學整合。在再礦化的橫帶棱柱區域，高分辨率透射電鏡圖像顯示新晶體從天然組織延伸，界面處無明顯邊界，驗證了通過外延再礦化實現的晶體學整合。

*圖源：Nature Communications

為評估該技術的臨床適用性，研究團隊測試了再生釉質層在日常物理和化學刺激下的穩定性。在模擬約一年刷牙的連續刷牙測試中，再礦化釉質未出現微觀結構損失，并保持了與天然釉質相當的機械性能。斷裂韌性測試顯示，酸蝕釉質的表觀斷裂韌性從0.7±0.1MPa·m^0.5^提高至1.1±0.1MPa·m^0.5^，達到了健康釉質的水平（1.2±0.2MPa·m^0.5）。

此外，研究人員還測試了該技術對酸侵蝕的穩定性。在0.1M醋酸溶液（pH4.0）中暴露15分鐘和2天后，再礦化釉質表現出更高的機械穩定性。

研究團隊表示，該ELR基質制備過程快速簡便，涂層可在3至4分鐘內形成，且所用組分如乙醇、戊二醛等均為牙科常用材料，具有良好的生物相容性與臨床轉化潛力。在人工唾液及天然人唾液環境下的礦化實驗進一步證實了其在接近生理條件下的有效性。研究者同時指出，其最終臨床應用仍需通過后續的體內研究進一步驗證。

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