屠美潔，宿凌愷，何福明，鄧淑麗

三氧化礦物聚合物 (mineral trioxide aggregate，MTA)是一種硅酸鈣基生物活性材料，其主要成分包括硅酸三鈣、鋁酸三鈣、氧化三鈣、氧化硅及其他氧化物。MTA是臨床上常用的根尖倒充填材料，不僅具有良好的生物相容性、封閉性，而且具有良好的抗菌和成骨效果[1]。MTA在顯微根尖手術臨床應用中取得了非常好的效果[2]，成功率90%以上[3-4]。然而MTA因為硬固時間長和操作性差的缺點使其在根尖手術的臨床應用受到了限制[5]。MTA硬固時間大約需要2 h 45 min，因此充填后抗沖刷能力差且易受周圍組織液、血液的影響降低充填密實性。MTA對操作要求較高，使用時需調(diào)拌，水粉比難以控制，且需專門的成型器。

MTA的硬固時間受許多因素的影響，如粉液比、環(huán)境溫度和濕度，同時粒徑大小及粒度分布也能通過影響顆粒的比表面積和反應性影響硬固時間，通常粒徑越小，比表面積越大，硬固速度越快[6]。近年來，出現(xiàn)了大量基于縮短MTA硬固時間的材料的研究及應用，包括含加速劑的MTA材料(主要為鈣鹽、磷酸二氫鈉等)和基于MTA材料進行改進的新型快速硬固型硅酸鈣基材料，下文將對此類新型材料進行綜述。

1 含不同加速劑的MTA材料

近年來，許多研究通過在MTA材料中添加加速劑來改善MTA硬固時間長及操作性差的缺點，多為體外實驗，主要以探究加速機制為主[7]。添加劑主要為鈣鹽、磷酸二氫鈉，次氯酸鈉因具有較大細胞毒性本文不作介紹。這些新型材料雖然縮短硬固時間，但多以犧牲機械性能為代價[8]。

1.1 鈣鹽

MTA的粉劑與水混合后，釋放鈣離子和氫氧根離子，二者在溶液中達到臨界濃度后形成氫氧化鈣析出，同時形成硅酸鈣水合凝膠(C-S-H凝膠)，并進一步生成羥磷灰石。根據(jù)化學反應動力學分析，鈣離子濃度越高，氫氧化鈣越易析出，從而加快MTA材料硬固速率，且鈣離子有利于羥磷灰石沉積。研究表明，5%氯化鈣、硝酸鈣(1%～10%)/亞硝酸鈣(25%～50%)、5%甲酸鈣、23.1%乳酸葡萄糖酸鈣(calcium lactate gluconate，CLG)等鈣鹽與MTA材料混合后能減少MTA材料的硬固時間，且不影響其生物相容性、尺寸穩(wěn)定性，而且其pH和溫度的變化在可接受范圍內(nèi)，成骨效果也有所增強，但機械性能有所下降[9-11]。然而，高濃度鈣離子添加劑的實驗發(fā)現(xiàn)：MTA材料和10%氯化鈣混合后，細胞活力下降，細胞附著率下降；和43.4%CLG混合第1天表現(xiàn)為更高的細胞活力，但在第4天和第7天細胞活力下降。這表明過高的鈣離子濃度會影響細胞活性[10]。

氯化鈣是此類研究中最常使用且效果最好的加速劑，在許多新型材料中都含有氯化鈣，如波蘭水泥、Biodentine等。研究發(fā)現(xiàn)少量氯化鈣能作為硅酸三鈣水化反應的催化劑，大大加速硅酸三鈣的早期水化，其機制如下[12]：當溶液中氯化鈣和水的質(zhì)量比小于0.3時，易產(chǎn)生亞穩(wěn)型物質(zhì)氧氯化鈣(3CaO·CaCl2·nH2O)，加速氫氧化鈣的溶解，同時有利于鈣離子的釋放并迅速離開顆粒表面，使溶液中氯化鈣濃度下降，從而使氧氯化鈣重新分解釋放氯化鈣。

許多研究對與5%氯化鈣混合后是否會影響MTA的物理性能、生物活性進行了研究分析。Jafarnia等[13]、Wilkbank等[11]研究表明MTA的生物相容性不會受到影響。Bortoluzzi等[14]通過體外染料滲透實驗發(fā)現(xiàn)MTA密封性增強，Wilkbank等[11]發(fā)現(xiàn)MTA與5%氯化鈣混合后有輕度擴展，增強其邊緣適應性。Lee等[9]通過檢測成骨相關因子的表達，發(fā)現(xiàn)材料混合后能促進成骨細胞分泌OCN、BSP等因子，增強成骨礦化能力。MTA與5%氯化鈣混合后pH能穩(wěn)定在10～12，不影響其抗菌作用[15]。然而，Lee[16]研究發(fā)現(xiàn)材料混合后的抗壓能力下降?？梢奙TA與5%氯化鈣混合后能加快硬固，不影響其生物相容性、密封性、成骨能力、抗菌性，盡管抗壓能力有所下降，但并不影響其作為倒充填材料。

1.2 磷酸二氫鈉

許多研究證明磷酸二氫鈉作為液相和MTA材料混合可以加速硬固，Huang研究發(fā)現(xiàn)15%磷酸二氫鈉可以將MTA硬固時間減少至26 min，同時抗拉伸能力增強，且抗壓能力不受影響[17]。有研究者認為磷酸鹽作為緩沖劑能消耗酸，使MTA結構穩(wěn)定，且不影響臨床效應[18]。磷酸鹽通過影響化學反應動力學，促進硅酸鈣水合物的生成，從而加速硬固。pH不是影響其硬固速率的因素，研究發(fā)現(xiàn)15%磷酸二氫鈉pH為9.5或4.4時其硬固時間沒有顯著差異，但研究者出于酸性環(huán)境可能影響MTA性質(zhì)的考慮更傾向于使用pH高者[17]。

2 新型硅酸鈣基快速硬固型根尖倒充填材料

2.1 生物活性牙本質(zhì)替代物Biodentine

2010年出現(xiàn)了一種商業(yè)化的生物活性牙本質(zhì)替代物Biodentine(Septodont, Saint Maur des Fosse’s, 法國)。Biodentine為粉液混合物，粉末主要成分包括硅酸三鈣、碳酸鈣、氧化鋯、硅酸二鈣、氧化鈣和氧化鐵，液體為含有高分子聚合物還原劑和氯化鈣的水溶液，其中氯化鈣起加速硬固的作用，氧化鋯為X射線阻射劑。Biodentine為膠囊制劑，有固定的水液比，臨床上常用于蓋髓、穿孔修補、根尖倒充填等，其抗壓強度與牙本質(zhì)類似。

除通過添加氯化鈣外，Biodentine通過增加顆粒比表面積和粉液比來增加硬固速率[19]。制造商稱其硬固僅需9 min，各研究中Biodentine的硬固時間不同(6.5～45.0 min)，這可能和不同的測試方法與使用環(huán)境有關[19-20]。Caron認為Biodentine的操作性并沒有制造商說的便利，不能方便制作成錐形放入倒預備后的根管內(nèi)[20]。

Biodentine是一種具有高度生物相容性的非細胞毒性硅酸鈣基水泥[19,21]，大部分學者認為其生物相容性和MTA無顯著性差異，并通過MTT實驗等發(fā)現(xiàn)Biodentine對人成骨樣細胞[22-24]、單核細胞[24-26]、牙齦成纖維細胞[26-27]、成牙本質(zhì)細胞[28]、牙周膜細胞[26]等均有極高生物相容性。同時Biodentine具有生物活性，能誘導牙髓細胞分化成成牙本質(zhì)樣細胞[29]，能增強組織礦化、修復性牙本質(zhì)形成，增強人牙髓干細胞的增殖、遷移和粘附能力[30]。Biodentine的密封性良好，能與牙本質(zhì)相互作用延伸到牙本質(zhì)小管中，大多數(shù)文獻認為其密封性優(yōu)于MTA[31-37]。此外，Biodentine顯示出良好的機械性能[19,38]、抗菌效果[28]、成骨效果[39]，且抑制破骨細胞分化[39]。Caron等[20]報道了Biodentine作為倒充填材料的2例根尖周炎病例，均在1年隨訪時獲得完全愈合，原根尖區(qū)低密度影完全消失且根尖區(qū)牙周膜形成良好的重建，在2年隨訪時亦無明顯不適癥狀。

Biodentine作為根尖倒充填材料具有臨床局限性，其成分氧化鋯作為X射線阻射劑阻射性低，與牙本質(zhì)相近，不利于術后觀察評估。

Biodentine作為根尖倒充填材料雖然具有良好的生物相容性、良好的生物活性、完全硬固時間短等優(yōu)點，但目前在臨床應用較少，仍缺乏大量長期隨訪評價其療效及發(fā)現(xiàn)可能存在的問題。

2.2 iRoot系列生物活性陶瓷材料

iRoot BP Plus (Innovative BioCeramix Inc. Vancouver,BC, 加拿大)和iRoot FS (Innovative BioCeramix Inc., Vancouver,BC,加拿大)均為生物活性陶瓷材料。iRoot系列材料為預混合即用型納米顆粒生物陶瓷材料，具有卓越的機械性能和水合性能。iRoot BP Plus主要成分包括硅酸鈣、氧化鋯、硫酸鈣、氧化鉭和填料，iRoot FS是在iRoot BP Plus的基礎上略有改進，兩者成分相似，含有磷酸二氫鈣，后者相較于前者具有快速硬固的特性，具有更小的粒徑[40]。根據(jù)制造商的說明，iRoot FS可在20 min內(nèi)完成硬固，根據(jù)近幾年的研究，iRoot BP Plus和MTA完全硬固需要12 h～7 d[30]。iRoot BP Plus和iRoot FS均具有一定抗沖刷性，術中沖洗以及血液污染對兩者的硬固沒有影響。

大量實驗研究證明iRoot BP Plus 性能與 MTA 相似，具有良好的生物相容性、根尖封閉性[41]，無細胞毒性，且具有抗菌、成骨效果[30,42-43]。iRoot BP Plus作為倒充填材料短期成功率高于90%[44]。王萌萌等[45]研究發(fā)現(xiàn)iRoot BP Plus倒充填的時間短于 MTA，說明 iRoot BP Plus操作性能更佳，使用更便捷。

Lv等[40]對iRoot FS、iRoot BP Plus及ProRoot MTA的生物相容性進行比較，實驗發(fā)現(xiàn)，三者均具有良好的生物相容性，但iRoot FS的生物相容性更高。細胞活力測定實驗表明三者均能促進MC3T3-E1成骨細胞的增殖；流式細胞術表明與MTA、iRoot BP Plus相比，iRoot FS能產(chǎn)生更多的活細胞和更少的凋亡細胞；免疫熒光染色顯示，經(jīng)iRoot FS處理的成骨細胞處于拉伸狀態(tài)，其纖維擴散程度更高，更利于細胞遷移，MTA、iRoot BP Plus亦可優(yōu)化成骨細胞纖維的生成，其程度弱于iRoot FS；掃描電子顯微鏡顯示，iRoot FS相連的細胞伸出更多偽足，進入基質(zhì)間隙，作為拉動細胞的錨點。可見，iRoot FS較其余兩者更能促進成骨細胞的增殖、附著、遷移。Luo等[46]研究發(fā)現(xiàn)iRoot FS比Biodentine更能促進人牙周膜細胞(hPDLCs)的增殖、粘附和礦化能力。

歐海強等[47]通過實驗發(fā)現(xiàn)iRoot FS和MTA作為倒充填材料與根管壁之間間隙體積無顯著差異，染料滲透深度亦無顯著差異，表明iRoot FS與MTA的根尖封閉性相當，認為iRoot FS有望替代MTA成為首選的根尖倒充填材料。

綜上iRoot BP Plus作為預混合材料，盡管完全硬固時間長，但其操作性良好，且具有良好的生物相容性、根尖封閉性、抗菌性、成骨效果等優(yōu)良特性，是比MTA更具臨床應用前景的根尖倒充填材料。而iRoot FS基于iRoot BP Plus進行改進，硬固時間短，生物相容性、成骨效果較iRoot BP Plus、Biodentine更佳，有望成為根尖倒充填材料的首選，但目前在臨床應用上少。

2.3 基于Pozzolan水泥的新型硅酸鈣水泥Endocem

Endocem(Maruchi，Wonju，韓國)是由小顆粒的Pozzolan水泥構成的，制造商稱其硬固時間為3 min 15 s。Pozzolan是一種MTA衍生的材料，主要成分為硅或硅和鋁，本身不具備或具備極少水泥的性質(zhì)，但在常溫遇水和氫氧化鈣反應，發(fā)生化學反應，形成具備水泥性質(zhì)的化合物。其反應特點是氫氧化鈣隨時間逐漸減少，從而減輕氫氧化鈣帶來的機械性能、耐久性上的缺陷；逐漸生成硅酸鈣、鋁酸鈣水合物，且具有高強度穩(wěn)定的晶體[48]。Endocem的主要成分和MTA相似，其比表面積大，大大加快了硬固速率[49]。

Choi等[49]研究證明Endocem能快速硬固，其初始硬固時間為2 min±30 s，最終硬固時間為4 min±30 s。其研究通過MTT實驗等表明Endocem和ProRoot MTA都表現(xiàn)為低毒性，其細胞毒性遠低于中間修補材料(intermediate restorative material，IRM)；通過測量成骨細胞相關因子BSP、 OC和 OP等表明 Endocem具備成骨 能力，與ProRoot MTA沒有顯著差異，且成骨能力遠強于IRM；表明Endocem、IRM抗沖刷能力遠強于ProRoot MTA，可能與其硬固快有關；此外，在IRM與牙本質(zhì)之間觀察到形成間隙，而Endocem 和ProRoot MTA都能和牙本質(zhì)緊密接觸[49]。Endocem、ProRoot MTA和牙本質(zhì)有很強的微機械嵌合力，粘結性強，小顆粒Pozzolan水泥并不會影響粘結強度[50]。

綜上Endocem不但能快速硬固，操作性好，抗沖刷能力強于MTA，且具有低細胞毒性、成骨性、良好的邊緣適應性，有望成為取代MTA成為倒充填材料，然而仍需大量臨床研究及長期隨訪證明。

2.4 可光固化的硅酸鈣MTA水泥l(xiāng)c-MTA

Gandolfi等[51]研制出一種光固化的基于甲基丙烯酸2-羥乙酯-三乙二醇二甲基丙烯酸酯(HEMA-TEGDMA)樹脂修飾的硅酸鈣MTA水泥——lc-MTA作為倒充填材料。其固相為硅酸鈣粉末，由硅酸三鈣和硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硫酸鋇、硫酸鈣和氯化鈣構成；液相為親脂有機光固化基質(zhì)，含有甲基丙烯酸2-羥乙酯(HEMA)，二甲基丙烯酸三甘醇酯(TEGDMA)，樟腦醌(CQ)和4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯(EDMAB)。多聚HEMA-TEGDMA創(chuàng)造了一種能夠穩(wěn)定水泥外表面的聚合物網(wǎng)絡，使水泥能夠快速硬固，并獲得初期穩(wěn)定性。HEMA是一種有足夠滲透性并可吸收水分的親水基質(zhì)，使硅酸鈣礦物顆粒能夠與足夠的水反應，水合形成氫氧化鈣和水合硅酸鈣凝膠(CSH)。Gandolfi等檢測到lc-MTA鈣離子釋放能力高于ProMTA，具有高生物活性；通過細胞活力試驗發(fā)現(xiàn)lc-MTA提取物不影響細胞增殖分化，具有一定生物相容性；通過實驗證明lc-MTA具有適當邊緣適應性。lc-MTA能在2 min內(nèi)硬固，但是機械強度不夠強，且具有一定細胞毒性[8]，目前仍處于研究階段。

2.5 Fast-Set MTA

Chen等[8]研制了一種新型Fast-Set MTA，由硅酸鈣(Calcium Silicates ，CaSi)、鋁酸鈣(Calcium Aluminates，CaAl)、氧化鋯(Zirconium Oxide，ZrO2)等為固相，聚丙烯酸溶液和10%氫氧化鈉溶液1∶3混合為液相。Chen通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜研究了硬化水泥的水合產(chǎn)物，該新型MTA能在混合10 min后形成蜂窩狀硅酸鈣水合物凝膠加速硬固，而普通MTA形成無定型硅酸鈣凝膠。此外，該新型MTA顯示出足夠的射線阻射性和良好的生物相容性，可能是牙科應用的有前途的材料，目前仍處于研究階段。

綜上所述，以上新型硅酸鈣基快速硬固型根尖倒充填材料有效改善了MTA帶來的硬固時間長的問題，方便臨床醫(yī)生的操作，改善了抗沖刷性。其中Biodentine、iRoot FS有望替代MTA成為方便操作且性能優(yōu)良的根尖倒充填材料，但仍需進一步臨床研究及隨訪。