新研究：仿生蛋白基质实现牙釉质微结构再生

*图源：Nature Communications

好的牙·讯｜英国诺丁汉大学、伦敦玛丽女王大学等多国联合研究团队开发了一种基于仿生超分子蛋白基质的新型牙釉质再生技术，该技术能够在牙齿表面引导磷灰石纳米晶体的外延生长，成功恢复牙釉质的复杂微观结构及其力学性能。研究成果发表于《Nature Communications》，为临床治疗牙釉质侵蚀、牙齿过敏等常见口腔问题提供了新方向。

研究指出，牙釉质作为人体最坚硬的组织，其复杂的羟基磷灰石纳米晶体分级结构赋予了牙齿高刚度、硬度和断裂韧性。然而，牙釉质一旦因机械磨损、酸蚀或龋病等原因受损，便无法自行再生。目前临床上的修复材料如复合树脂或陶瓷，虽能填补缺损，却难以复制天然牙釉质的复杂结构与长期功能性。

研究团队基于弹性蛋白样重组体（ELRs）设计了一种可调节的韧性超分子基质，当应用于不同侵蚀程度的牙齿表面时，该基质能够触发磷灰石纳米晶体的外延生长，复现了釉质不同解剖区域的结构特征，并恢复了其力学性能。

*图源：Nature Communications

这项技术的核心在于模仿釉质发育过程中釉原蛋白基质的矿化机制。在牙釉质形成期间，釉原蛋白从无序构象转化为有序的β-丰富纤维结构，引导层次化组织的磷灰石纳米晶体的成核和外延生长。研究团队通过计算和实验工作相结合，详细描述了基质的设计原理，并在离体环境中成功实现了从裸露牙本质到不同侵蚀程度牙齿表面的矿化层生长，厚度可达10微米。

研究人员在酸蚀的无棱柱釉质表面制备了约10微米厚的ELR涂层，在矿化溶液中暴露10天后，基质从釉质-ELR界面通过ELR基质诱导了磷灰石纳米晶体的外延生长，形成了完整集成的矿化层。该层包含直径约50纳米、长度达数微米的纳米晶体，展现出与天然釉质相同的六方磷灰石形态。

该技术同样能够再生棱柱釉质。在酸蚀的棱柱釉质表面沉积约2微米厚的ELR涂层后，经过10天矿化过程，成功触发了类似纳米晶体的外延生长，同时保持了独特的棱柱和棱柱间结构。在完全失去釉质的牙齿上，该基质也能在暴露的牙本质表面生长出类似无棱柱釉质的矿化层。

纳米压痕和微摩擦学测试证实，再生釉质恢复了天然组织的关键机械性能，包括杨氏模量、硬度、摩擦系数和比磨损率。酸蚀釉质的杨氏模量（36.9±14.3GPa）和硬度（1.1±0.6GPa）明显低于天然釉质（80.7±18.3GPa和3.4±0.9GPa），而再矿化后这两个参数分别恢复至76.3±18.7GPa和3.1±0.8GPa。

通过聚焦离子束制备的超薄切片和透射电镜分析，研究人员确认了新生长纳米晶体与下方天然组织的晶体学整合。在再矿化的横带棱柱区域，高分辨率透射电镜图像显示新晶体从天然组织延伸，界面处无明显边界，验证了通过外延再矿化实现的晶体学整合。

*图源：Nature Communications

为评估该技术的临床适用性，研究团队测试了再生釉质层在日常物理和化学刺激下的稳定性。在模拟约一年刷牙的连续刷牙测试中，再矿化釉质未出现微观结构损失，并保持了与天然釉质相当的机械性能。断裂韧性测试显示，酸蚀釉质的表观断裂韧性从0.7±0.1MPa·m^0.5^提高至1.1±0.1MPa·m^0.5^，达到了健康釉质的水平（1.2±0.2MPa·m^0.5）。

此外，研究人员还测试了该技术对酸侵蚀的稳定性。在0.1M醋酸溶液（pH4.0）中暴露15分钟和2天后，再矿化釉质表现出更高的机械稳定性。

研究团队表示，该ELR基质制备过程快速简便，涂层可在3至4分钟内形成，且所用组分如乙醇、戊二醛等均为牙科常用材料，具有良好的生物相容性与临床转化潜力。在人工唾液及天然人唾液环境下的矿化实验进一步证实了其在接近生理条件下的有效性。研究者同时指出，其最终临床应用仍需通过后续的体内研究进一步验证。

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