作者：姜澍，毛丰，徐晓薇，吉林大学口腔医院
引导性组织再生术（guided tissue regeneration,GTR）在牙周手术中利用膜性材料作为屏障，阻挡牙龈上皮和牙龈结缔组织在愈合过程中向根面的生长，是目前临床中用于牙周组织再生的有效方法。其中，屏障膜的优势在于可以引导具有再生能力的牙周膜细胞优先占领根面，从而在曾暴露于牙周袋的病变根面上形成新的牙骨质，为其提供充分的生长空间，同时诱导血凝块形成来保持伤口和植入物的稳定，以此确保伤口不间断地愈合及牙周组织不受干扰地再生。为深入了解屏障膜临床应用及研究现状，本文对屏障膜的种类及作用机制、屏障膜改性研究、屏障膜研发新策略进行总结，并对屏障膜的发展前景及挑战进行展望。
1.屏障膜的种类及作用机理
1） 不可吸收屏障膜
广泛使用的不可吸收屏障膜由聚四氟乙烯（PTFE）、膨胀聚四氟乙烯（e-PTFE）、密聚四氟乙烯（d-PTFE）、钛增强聚四氟乙烯（Ti-PTFE）等制成。早期不可吸收屏障膜的主要成分是e-PTFE，虽其有一定的屏障作用，但生物相容性不是十分理想。PTFE的致密形式d-PTFE在力学、生物相容性上表现更优。为进一步增强屏障膜的机械性能，研究人员选择具有良好的生物相容性、机械强度、耐久性、低密度和耐腐蚀性的钛金属对其改性，制作了可在体内维持良好的形态的Ti-PTFE，在治疗垂直骨缺损方面具有更好的效果。
不可吸收屏障膜促进组织再生的机理主要包括以下几个方面：①选择性透过，阻碍纤维结缔组织进入缺损部位，维持相关的物理空间；②保存局部血块，减少血块内活性物质的丧失；③聚集成骨分化相关因子。但不可吸收屏障膜存在对二次手术去除屏障膜的时间缺乏统一标准、长期存留阻碍软组织愈合等局限性限制了其在临床上的应用，可吸收屏障膜逐渐进入临床工作者的视野。
2） 可吸收屏障膜
可吸收屏障膜可分为两大类，一类是天然高分子材料，如胶原、海藻酸盐、壳聚糖等；另一类是合成高分子材料，如聚乳酸[poly（lactic acid）, PLA]，聚羟基乙酸，聚乳酸聚羟基乙酸共聚物[poly （lacticco-glycolic acid）, PLGA]等。天然高分子屏障膜的主要原材料是牛或猪的Ⅰ型和Ⅲ型胶原，它是骨骼和结缔组织的重要组成部分，具有一定的机械性能及良好的生物相容性。
研究者将人牙周膜细胞（periodontal ligament cells,PDLCs）微组织在胶原膜上进行培养，发现PDLC微组织肌动蛋白丝染色呈显性，表明PDLC在胶原膜上定植且存活，印证胶原屏障膜可对牙周支持组织再生产生积极作用。除此之外，具有可加工性、抗菌性能及良好生物相容性的壳聚糖也是作为屏障膜的理想材料。海藻酸盐水凝胶具有与细胞外基质相似的结构，同样可以发挥屏障膜的作用。
合成高分子屏障膜可通过调节聚合物组成来控制降解速率及机械性能，并且可经过工业制造大批量加工及生产。研究人员在石墨烯模板上定制一维羟基磷灰石纳米晶须形成石墨烯-羟基磷灰石(graphene-hydroxyapatite, Gr-HA)纳米杂化物，通过静电纺丝将Gr-HA纳米杂化物均匀掺入PLA微纤维中，从而提高PLA复合膜的机械性能、细胞相容性及生物活性。此外，具有不同微形貌的PLGA/羊毛角蛋白复合屏障膜可促进骨髓间充质干细胞及牙周膜干细胞增殖，具备再生牙周支持组织的潜力。但合成高分子屏障膜存在快速降解及酸性降解产物等问题仍需进一步关注。
可吸收屏障膜与不可吸收屏障膜作用机理大致相同。除物理屏障作用，其生物活性成分可刺激碱性磷酸酶、骨桥蛋白、骨唾液酸等成骨相关因子的表引导牙周组织再生屏障膜的应用及研究进展达，形成有利于成骨细胞的迁移和分化的微环境，从而使屏障膜在GTR手术中更有效地促进牙周组织再生。
2.屏障膜改性研究
GTR手术中，屏障膜常被用来隔离损伤区域，从而防止周围组织干预，促进组织再生。因此，屏障膜的机械性能、抗菌性能及生物活性对于创造合适的微环境至关重要。创新材料设计、负载抗菌药物、添加生物活性因子是提升屏障膜各项特性的重要方法。充分发挥屏障膜的各项特性，可推动屏障膜在GTR手术中的进一步应用，实现更有效的
1） 机械性能屏障膜的机械性能
在牙周组织再生中扮演着关键角色，其强度、柔韧性和稳定性对于支持和保护受损组织至关重要。若屏障膜机械强度不足，无法抵抗覆盖在其上的软组织压力，不足以维持缺损部位足够的物理空间，则会塌陷入组织缺损部位，导致膜及其下的植骨材料严重移位，新增组织量减少。同时，它还应具有一定程度的可塑性，以便轻松塑造轮廓和缺陷的形状。
钛网因高强度和刚度在口腔材料领域得到了广泛的应用，将钛框架、微型钛螺钉、多孔钛网和钛针等结构嵌入不可吸收屏障膜内可提供额外的稳定性，大大增强不可吸收屏障膜的强度，降低屏障膜塌陷的风险。此外，钛的低密度使得钛网的重量较轻，其耐高温属性也可以应对手术前的灭菌处理。
对于可吸收屏障膜，可选择镁基复合物、锌基复合物等生物相容性良好可降解金属复合物来增强机械性能。研究人员通过等离子电解氧化和水热处理实现了镁的钝化，在以壳聚糖或明胶为主要成分的可吸收屏障膜表面形成含有磷和钙的致密氢氧化镁层，可降低屏障膜的降解速率，改善屏障膜的生物相容性，增强屏障膜的机械强度。除金属外，羟基磷灰石，β-磷酸三钙等无机填料同样可以改善屏障膜的机械性能，促进牙周支持组织再生。
2）抗菌性能
在众多影响GTR手术效果的因素中，细菌感染是GTR 手术失败的最主要原因。尽管屏障膜表面都覆盖有龈瓣，但GTR术后2周内屏障膜暴露风险增加，进而细菌侵入引起术区感染，导致可吸收屏障膜降解加快，影响牙周组织的再生。这种并发症的一个被普遍接受的解释是软组织的
GTR术后屏障膜暴露对骨再生有显著的不利影响，研究表明，与没有膜暴露的部位相比，暴露部位水平骨增量大约减少76%。其机制可能是屏障膜水解、化学键断裂后导致局部pH值及微环境变化，同时，其降解的碎片在巨噬细胞吞噬过程中可使组织出现轻或中度炎症反应乃至形成微脓肿。因此，加强屏障膜的抗菌性能对提高GTR手术的成功率有着重要意义。屏障膜常通过负载抗菌药物如金属纳米颗粒、壳聚糖、抗菌肽、天然提取物等来提升抗菌性能。
研究人员将商用屏障膜浸润在含多西环素或地塞米松的PBS溶液中得到负载药物的屏障膜，与对照组相比，使用浸润后的屏障膜可使碱性磷酸酶活性显著增高，成骨相关因子Runx-2、BMP-2、TGF-β1表达升高，表示其可增强成骨细胞的分化与增殖。研究人员使用琼脂糖水凝胶作为屏障膜主体，选择ε-聚赖氨酸为抗菌剂，通过将空心碳酸化羟基磷灰石在琼脂糖水凝胶中沉积，制造了一种新的不对称屏障膜，该屏障膜显示出更好的抗菌性能和更高的机械性能，在牙周组织工程中具有巨大的潜力。
纳米技术作为一个快速发展的新兴领域，已广泛应用于生命科学中。银纳米颗粒（Silver nanoparticles, AgNP）具有广谱抗菌、抗真菌和抗病毒特性，它的纳米级尺寸、大的表面积与体积之比，使得它们可以更容易地穿过细胞膜进入到细胞内，改变细胞膜的结构，甚至导致细胞死亡。同时它可通过释放银离子来中断细菌脱氧核糖核酸的复制，从而发挥抗菌作用。Chen等人通过超声处理使AgNP的释放精准可控，同时该涂层可使IL-6和TNF-α等炎症因子表达减少从而发挥优异的抗炎作用，有效降低术后感染风险。
3） 生物活性
近年来，屏障膜通过负载生长因子等生物活性物质受到广泛关注。目前研究中主要包括的生长因子有骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子（fibroblast growthfactor, FGF）等。研究人员研发了一种载有FGF-2 的水性聚氨酯纤维膜，能够缓释FGF-2，并通过FGF-2诱导成骨、血管再生，从而促进牙周组织再生。
此外，钙石类、金属、生物活性玻璃等无机成分也可以作为屏障膜中促进组织再生的成分。羟基磷灰石是最广泛用于骨组织再生的磷酸钙材料，它与骨矿物质组成成分相似，并具有骨传导性，因此也被建议用于制作屏障膜。微纳米生物活性玻璃(micro-nano bioactive glass, MNBG)具有良好的表面生物活性，具有促进细胞粘附、增殖的功能，并可以激活成骨细胞基因表达及矿化，能够更好地发挥促进骨组织再生的作用。
研究人员通过溶剂浇铸和静电纺丝制备了一种新型双层膜，由PLGA制成的屏障层光滑致密，而由MNBG和PLGA组成的成骨层粗糙多孔，该膜在干湿条件下均具有稳定的力学性能及良好的组织相容性，此外，成骨基因的表达以及骨桥蛋白的免疫荧光染色证明了该膜的成骨活性。除了在屏障膜中混入生物活性成分之外，研究人员也通过改变屏障膜的结构来提高其生物活性。静电纺丝制备的纳米纤维屏障膜具有比表面积大、孔隙率高的特点，可提高屏障膜对蛋白质的吸收能力、促进特定基因的表达、改善细胞粘附性并防止成纤维细胞穿过屏障膜，在牙周治疗方面具有独特的优势。
研究人员通过静电纺丝技术制作了纳米级甲基丙烯酰明胶/聚己内酯-β-磷酸三钙（GelMA/PCL-β-TCP）光交联复合纤维膜，研究结果显示，该膜具有均匀的多孔网络，可促进牙槽骨源性间充质干细胞附着、增殖、矿化以及成骨基因表达。因此，静电纺丝技术在制作屏障膜方面具有强大潜力。
3.屏障膜研发新策略
1） 免疫微环境调控策略
免疫系统可参与到生物材料介导的功能性组织再生中，并发挥重要作用。相对于简单的屏障及空间维持功能，屏障膜与缺损部位细胞相互作用形成的新免疫微环境对于骨再生的调控更加重要。有利的免疫微环境可介导和促进组织再生，但不适当的免疫反应可能会加快屏障膜的降解速度，导致免疫反应介导的炎症，从而产生不利影响。因此对于材料的研发思路应从传统的免疫抑制，转变为驱动积极有益的免疫反应。通过改变屏障膜生物材料的机械性能、物理化学性能等可对免疫系统微环境进行调控，但这种作用及其确切机制仍需进一步探讨。
目前的理论表明，屏障膜的材料会对局部免疫微环境中巨噬细胞的增殖和分化产生一定影响。屏障膜植入体内，会导致机体异物排斥并产生免疫反应。在急性炎症期，M1型巨噬细胞被募集到达受伤区域，释放趋化因子和促炎细胞因子，协同招募更多免疫细胞和间充质干细胞参与炎症反应。
随后，当局部炎症消退时，巨噬细胞表型变为M2型，分泌有助于细胞增殖、分化和细胞外基质沉积的细胞因子（IL‐4、IL‐10和TGF‐β），参与缺损部位再生。研究人员使用脉冲激光沉积技术将Ca2ZnSi2O7生物活性玻璃涂层均匀地覆盖屏障膜的表面，其可与巨噬细胞相互作用，缓慢释放钙、锌和硅离子以刺激巨噬细胞BMP‐2、BMP‐6 的基因表达，抑制炎症介质TNF-α，显示了其优异的骨免疫调节作用，并有效促进成骨分化。
然而，胶原蛋白膜植入体内后，大量巨噬细胞融合产生的异物巨细胞亦可导致屏障膜的降解和破坏。目前细胞介导的屏障膜降解机制尚不清楚，通过调节免疫微环境改变屏障膜降解速率在国内外相关研究较少。因此，未来的研究应进一步了解细胞介导的屏障膜降解的免疫调节机制，从而更好地调控屏障膜降解速率。
2） 界面组织工程策略
牙周炎导致的牙周支持组织缺损，不仅包括牙槽骨、牙骨质这种硬组织的缺损，同时也包括牙龈、牙周组织等软组织缺损。过去对屏障膜的相关研发主要集中在牙槽骨等硬组织再生，软组织再生往往受到研究人员的忽视。而界面组织工程旨在通过多种方法重建复杂的、层次分明的界面组织，再生受损的不同组织。作为在GTR 手术过程中使用的生物材料，通过界面组织工程构建的正反面分别对应牙周软硬组织屏障膜，在整合牙周软硬组织界面这一方面发挥不可替代的作用。
科研人员尝试使用不同的制备工艺、新颖的加工材料，来获得符合界面组织工程理论的屏障膜。3D打印被称为颠覆制造业的技术，其在口腔医学领域地位越来越重要。研究人员使用3D打印制造具有确定尺寸和孔隙率的聚己内酯膜结构，使用氨解反应将明胶层均匀地附着在聚己内酯膜上，形成了一种具有混合结构的屏障膜，来解决软硬组织间差异这一挑战，体外和体内研究表明膜具有良好的生物相容性、机械稳定性和屏障功能，不同的细胞可以在屏障膜的不同侧进行培养，并且在体内实验中表现出良好的促进组织再生功能。因此，该屏障膜在界面组织工程中拥有巨大的潜力。
Janus颗粒是表面由两个或两个以上不同性质构成的特殊类型的纳米颗粒。简单来说就是将纳米颗粒分割为两个不同的部分，每个部分都由不同的材料或者不同的官能团修饰，这种独特的Janus纳米颗粒使两种性质在同一体系具有明确分区结构，可以让两种不同特性呈现在同一颗粒上（例如亲水/疏水，极性/非极性）。
这样的结构用于屏障膜的制备有独一无二的优势，不同性质、不同官能团可以在GTR手术中分别促进软硬组织再生。研究人员制备了一种由两侧具有不同表面电位的极化聚偏二氟乙烯铁的Janus屏障膜，该屏障膜的负极化侧促进成骨分化和骨再生，正极化侧促进软组织再生，该屏障膜的设计理念为调节不同组织界面之间的组织再生提供了新的途径。
4.小结与展望
用于GTR 手术的屏障膜在牙周组织再生中扮演着关键的角色。可吸收屏障膜已经逐渐取代不可吸收屏障膜，成为主流选择。目前的研究主要集中在对屏障膜的机械性能、抗菌性能及生物活性的改良上，未来的发展方向应包括开发新的屏障膜材料，利用新的制备技术解决屏障膜目前存在的不足，如：通过提高屏障膜的机械性能来更好地发挥屏障作用；解决GTR手术植入屏障膜时潜在的感染风险；开发更具生物活性的屏障膜等。
利用屏障膜对免疫因子进行调控以构建适宜组织再生的免疫微环境这一改性策略从牙周组织再生的机制出发，有助于在未来开发出能够提高牙周软硬组织再生程度及整合水平的新一代屏障膜。此外，屏障膜作为载体参与构建界面组织工程，并结合生物技术和纳米技术等领域的创新，也会在未来成为科研人员关注的焦点，以此策略制备的新一代屏障膜也将更加适应临床需求，具有更大的临床应用潜力。
来源：姜澍,毛丰,徐晓薇.引导牙周组织再生屏障膜的应用及研究进展[J].现代口腔医学杂志,2025,39(04):330-334.
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