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下颌骨缺损是一种常见的颌面部疾病，导致下颌骨功能障碍，给患者带来巨大的心理负担。

然而，目前的临床治疗方法有限，无法重建结构完整的下颌骨，目前水凝胶系统负载细胞和生长因子在下颌骨重建中具有很大的优势。在此，香港中文大学医学院骨科的许建坤和秦岭教授总结了下颌骨形成和病理性吸收的不同模式，回顾了与水凝胶相关的下颌骨组织工程，并介绍了具有改善机械性能、抗菌能力、可注射和3D生物打印水凝胶制造的最新进展，为下颌重建的个性化治疗奠定坚实基础。相关综述“AdvancedHydrogelsystemsformandibularreconstructions”于2022年8月22日发表在杂志《BioactiveMaterials》上。

1.当前下颌缺损治疗的临床挑战和缺陷

先天畸形、肿瘤、创伤、炎症和药物相关骨坏死等都会导致下颌骨缺损（图1）。例如恶性肿瘤、放射性骨坏死和药物/双磷酸盐（BPs）相关的颌骨骨坏死（MRONJ/BRONJ）是近年来下颌骨缺损的主要原因。在MRONJ晚期，节段切除是去除坏死骨的唯一方法，导致术后缺损。

图1导致下颌骨缺损的原因

目前，在临床治疗中，骨移植、金属装置和牵张成骨已被用于填充或修复下颌骨缺损。其中，腓骨游离皮瓣（FFF）移植是下颌骨重建的金标准。但是考虑到存在细菌感染的发病率在7%至13%之间，临床治疗受到限制。下颌骨牵张成骨后，牵张装置相关感染风险为12.2%，患者有痛觉过敏和神经麻痹。此外，使用金属装置和牵引器进行下颌骨固定和再生不可避免地涉及多个侵入性手术和广泛的术前建模，从而增加了重复手术、生物相容性差以及不美观等缺点（图2）。

图2当前临床应用于下颌骨重建的方法的优缺点

2.下颌骨骨形成和吸收的独特模式

图3下颌骨的成骨潜能和再生

3.基于水凝胶的下颌组织工程

图4用于下颌组织工程的潜在微/纳米颗粒

在结合生长因子方面，骨形态发生蛋白（BMP）、胰岛素生长因子（IGF）、成纤维细胞生长因子（FGF-2）、转化生长因子-β（TGF-β）、基质细胞衍生因子1（SDF-1）、血管内皮生长因子（VEGF）和神经生长因子等骨诱导和血管生成因子在下颌再生中起着关键作用，并已被水凝胶系统包裹，在临床上，使用含有BMP-2的传统钛网胶原凝胶可实现更好的下颌重建（图5）。

图5水凝胶在下颌骨重建中的临床应用

4.水凝胶在下颌骨重建中的临床应用

下颌骨参与各种身体活动，如咀嚼、发音、说话和提供机械支持。天然聚合物在植入后容易变形，并在降解过程中导致爆裂降解。本文介绍了几种改性水凝胶，旨在充分应用于下颌再生。与传统的单网络水凝胶相比，双网络（DN）水凝胶是由两种性质不同的聚合物形成的互穿网络，力学性能显著提高，广泛应用于骨，包括下颌骨组织工程。此外，DN水凝胶的复杂网络不影响种子细胞和生长因子的负载和释放，原位胶凝DN海藻酸盐/HA水凝胶可以通过补充不同浓度的HA来调节胶凝速率，以实现可控的机械强度。DN水凝胶还支持BMP-2包封和持续释放，从而大大增强了下颌骨缺损的骨再生。然而，机械增强将不可避免地减缓降解，成分的毒性将是另一个问题。迄今为止，在口腔中已检测到700多种细菌种类，这些细菌生物膜可能导致植入物周围的持续感染，以及严重的牙槽骨吸收。水凝胶可以基于其固有的能力用作抗菌剂的载体。含有无机离子或金属氧化物NP的水凝胶，含有抗菌剂的水凝胶，以及具有固有抗菌效果的水凝胶增强了抗菌性能并长期保持抗菌活性，从而降低了细菌耐药性的可能性（图6）。

图6抗菌水凝胶在口腔和颌面部的潜在应用

图7水凝胶合成的物理和化学交联

理想的支架类似于人骨的结构和组成，为移植细胞提供营养，递送生物活性因子，管状结构以支持血管化，这些优点可以积极影响骨移植物的成功植入，3D生物打印为多种细胞类型的位点特异性排列和精细下颌重建结构的生成开辟了新的可能性，为下颌重建更“个性化”治疗的前景奠定了坚实的基础（图8）。

图8基于水凝胶系统的3D生物打印下颌重建

总之，几种基于水凝胶的应用已获得FDA批准，目前可用于口腔颌面部创伤手术。然而，在广泛使用之前，必须克服一些挑战：首先，高生物相容性和低机械强度之间存在冲突。其次，负载生物活性因子和干细胞的水凝胶会不受控制的降解将导致突发释放。应在水凝胶生产、储存和运输的整个过程中考虑生物安全性和稳定性。尽管面临重大挑战，但用于下颌构建的水凝胶系统的开发拓宽了颅面组织重建的范围，这种先进的水凝胶系统为未来的临床翻译带来了巨大的希望。

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