新型口腔屏障膜的设计与研发
基于屏障膜的引导骨再生术（guided bone regeneration，GBR）是提高牙槽骨组织修复效率的一种重要策略和普遍临床操作。屏障膜在牙龈软组织与骨缺损之间发挥屏障作用，从而抑制成纤维细胞和上皮细胞长入骨缺损区域，为新骨生成提供空间。然而，现有屏障膜产品通常只具有屏障阻挡作用，却缺乏骨诱导功能，难以有效促进干细胞成骨分化和骨再生，导致修复效率较低。同时，目前广泛应用的胶原膜等可降解屏障膜，虽具有良好的生物相容性，但却存在诱发炎症反应及机械性能差、支撑性能弱等问题。
近年来，通过组分改良和结构优化，一系列新型口腔屏障膜被广泛地设计和构建。本文就新型口腔屏障膜的研究现状做一阐述，并对进一步改良和功能化进行展望，为我国自主产权口腔屏障膜的研发提供参考。
1. 传统屏障膜
目前，临床用于GBR的传统屏障膜分为不可降解和生物可降解两大类。不可降解的屏障膜通常包括聚四氟乙烯膜和钛膜，生物可降解屏障膜包括胶原膜和聚乳酸膜等。由于生物可降解屏障膜可避免二次手术取出，因此在临床应用中更受欢迎。以胶原膜为例，胶原蛋白作为人体中的天然蛋白，存在于各组织中，具有高的生物安全性和良好的可降解性。然而，胶原膜却存在降解速率难以控制、机械强度差（尤其是湿润后），导致难以维持有效的新骨生成空间，使临床GBR效果难以令人满意。
此外，目前屏障膜产品严重依赖进口，Bio-Gide®膜（Geistlich，瑞士）作为胶原屏障膜产品中的代表，占据大部分国内市场份额。因此，我国亟需构建性能优异的国产化屏障膜。骨再生是一个微环境动态变化、多因素协同作用的复杂过程。合理的结构和多重生物学活性是提高骨修复效率的关键。然而，目前医用屏障膜材料组分单一且结构简单，通常只具备屏障作用，而缺乏骨诱导能力，难以有效促进骨再生。
因此，针对传统口腔屏障膜存在的不足，通过物理化学改性和结构合理化设计，适配临床牙槽骨修复过程中的多重需求，是构建新型口腔屏障膜的重要挑战。
2. 组分改良屏障膜
组分改良可赋予屏障膜新功能，从而促进牙槽骨再生。一方面，可在传统屏障膜的基础上进行掺杂改性，以提高生物学活性；另一方面，可直接开发新型材质屏障膜，发挥材料固有的功能，提高骨修复效率。口腔是一个富含细菌的微环境，因而在修复过程中，有效抑制细菌感染可保障牙槽骨再生的顺利进行。
银作为一种典型的抗菌剂被广泛应用。Abdelaziz 等制备基于聚乳酸/醋酸纤维素（polylactic acid/cellulose acetate，PLA/CA）或聚己内酯［poly（caprolactone），PCL］聚合物的静电纺纳米纤维支架屏障膜，并将不同浓度的银纳米颗粒和羟基磷灰石（hydroxyapatite，HAp）纳米颗粒掺入支架中，以增强抗菌和骨再生活性。相似地，为了进一步提高成骨潜能，Shu等通过一种简单的致孔剂和非溶剂诱导相分离方法开发了PCL/PLA/纳米HAp/负载铜的沸石咪唑骨架-8（zeolitic imidazolate framework-8，ZIF-8）复合屏障膜，通过增强抗菌和成骨性能促进骨再生。
此外，Chen等基于锌（Zn）基屏障膜，构建了镁/铜（Mg/Cu）双金属-有机框架（metal-organic framework，MOF）涂层，并通过控制Cu2+的比例调节Mg/Cu MOF涂层的降解速率和稳定性；降解释放的Zn2+和Cu2+可发挥有效的抗菌作用，且协同Mg2+改善磷酸钙沉积，促进成骨分化和内皮细胞血管化，为Zn基材料作为口腔临床屏障膜奠定基础。
通过活性组分增强干细胞成骨分化是提高骨修复效率的一种有效策略。原位矿化可将具有骨诱导能力的离子和屏障膜结合，从而实现性能的提升。通过在Bio-Gide®膜上共价偶联聚丙烯酸，可为GBR膜开发一种纤维内自矿化策略。矿化改性的Bio-Gide®膜中纤维内磷灰石晶粒的有序沉积增加了胶原膜的硬度以避免过快降解，并促进间充质干细胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）的成骨分化，加快原位骨再生。
此外，一种仿生矿化HAp-鱼鳞胶原蛋白（fish-scale collagen，FCOL）/壳聚糖（chitosan，CS）纳米纤维屏障膜被开发；通过将FCOL与CS共电纺以产生仿生细胞外基质膜，为干细胞募集提供模拟微环境，并通过增强的仿生矿化HAp涂层促进牙周膜细胞成骨分化；在大鼠牙槽骨缺损模型中，HAp-FCOL/CS屏障膜显著促进了新牙槽骨形成。还有研究显示，通过海藻酸盐-CS聚电解质复合屏障膜可负载骨形态发生蛋白7（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）并能长周期缓释，也可实现有效的下颌骨再生。
Mg2+具有多重生物学活性，已在骨组织工程中得到广泛应用。由于Mg具有金属材质良好的机械支撑性能，同时可被生物降解，且释放的Mg2+具有促进血管化和成骨分化等多重功能，Mg基屏障膜在骨修复中备受青睐。Rider等证明在初始愈合期金属Mg膜保持了屏障和空间供应功能，随着Mg金属降解，形成盐腐蚀层和局部气腔以延长膜屏障功能的使用寿命；在Mg金属和Mg盐的再吸收过程中，屏障膜被包围且被新骨取代直至膜被完全吸收，实现与可吸收胶原膜相当的愈合效率和牙槽骨组织再生效果。
3. 结构优化屏障膜
材料的结构能够明显影响材料的功能，同时牙槽骨再生的多重需求需要屏障膜具备相应的多层级结构。本质上，对于口腔屏障膜的需求，一方面外侧需要发挥有效的屏障支撑作用，另一方面内侧应有效促进骨再生。基于此，众多研究者对屏障膜结构的优化和设计进行了大量相关研究，以期实现更有效的牙槽骨再生。通过优化整体结构可增强屏障膜的机械性能和生物活性。多糖基屏障膜在潮湿条件下机械性能劣化限制了进一步的生物医学应用。
Xiao等受强水合生物材料的结构异质性启发，提出了一种基于分子/纳米双尺度网络的异质交联和水合策略，并基于细菌纤维素纳米网络和钙离子（Ca2+）交联水合海藻酸钠分子网络组装而制备具有稳健湿力学性能的多糖基屏障膜；交联和水合的分子网络通过充当纤维间桥梁来限制水的入侵，并促进纳米纤维网络的应力传递；犬下颌骨缺损修复实验证明所构建的仿生多糖基屏障膜可实现有效的骨组织再生。
均质结构难以发挥不同材料的不同属性优势。颌骨再生的多方面需求使得相应组织工程策略的开发具有挑战性。多层结构可更好地适配颌骨再生动态需求，不同层级具有不同的特征，可调节机械性能、材料类型、孔隙率、孔径、形态、降解性能和药物释放特性等。多层结构构建面临的最大挑战是如何高效机械集成并避免分层，特别是在使用不同制造工艺时。基于此，不同的工程化制备策略被用来构建不同层级（目前主要为双层结构）整合的多相口腔屏障膜，从而实现不同功能的协同促进作用。
针对目前胶原屏障膜所存在的不足，Lei等通过调控胶原蛋白在盐效应下的可控电组装，获得了具有精确可调多孔结构的双层结构异质薄膜，使朝向牙龈组织面为致密无孔结构，确保强有力的机械支撑以防胶原膜塌陷，并防止成纤维细胞侵袭，从而为骨再生提供稳定的空间和充足的时间；朝向骨缺损面则表现出增强的生物活性，通过多孔结构释放双氯芬酸钠抑制炎症和加速成骨分化，从而促进有效的骨再生，为基于胶原蛋白功能化屏障膜的构建提供了一种结构优化的设计方案和制备策略。
相似地，一种负载亚甲基蓝（methylene blue，MB）掺杂ZIF-8 和HAp 的梯度热塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）（MB@ZIF-8/HAp@TPU）多孔屏障膜被制备；MB@ZIF-8/HAp@TPU屏障膜的多孔梯度结构由相转化法获得，在粗糙多孔层促进细胞生长和下颌骨再生，而光滑层则隔离生长中的纤维组织；MB@ZIF-8组分在早期快速释放活性氧和持续释放Zn2+可实现长期协同抗菌作用，有效减少细菌引起的局部炎症；并且，在大鼠下颌骨缺损模型中，该屏障膜表现出良好的屏障性能、成骨性能和抗菌作用，在治疗骨缺损方面具有广阔的应用前景。
受罗马神话中双面神Janus的启发，本课题组通过组分定域分布策略和蒸发渗透（在HAp 和PLA之间形成复合过渡层）自成膜法构建了HAp/PLA“双面神”屏障膜，实现一膜双功能：在PLA面发挥屏障阻挡作用，为新骨形成提供空间；在HAp面则发挥骨诱导活性，促进干细胞成骨分化和骨再生。这种一膜双面的策略，突破了目前医用屏障膜具有屏障作用而缺乏骨诱导性的不足。此外，为了清除再生过程中产生的活性氧，本课题组进一步在HAp侧负载二氧化锰（MnO2）实现过氧化氢（H2O2）的有效分解，缓解氧化应激并减轻炎症，加速牙周组织再生。
血管再生是促进骨再生的一个重要因素。为此，本课题组构建了一面致密、一面多孔的“双面神”PLA屏障膜，并通过Cu2+和单宁酸之间的金属多酚网络作用，在多孔层原位生长形成生物活性涂层，促进血管化和干细胞成骨分化，实现有效的大鼠下颌骨再生。
Dos Santos等也研发了一种具有相似“双面神”结构的聚乳酸-羟基乙酸共聚物［ poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA］/HAp 的致密层（干相转化）和PLGA/HAp/β-磷酸三钙（β-tricalcium phosphate，β-TCP）的电纺层的双层膜，该双层膜具有足够的层间黏附性，致密层孔径为4.20 μm，电纺层孔隙率为38.2%，因此能够防止成纤维细胞浸润，同时允许成骨细胞迁移和营养物质的渗透；高的玻璃化转变温度和储能模量可确保屏障膜在植入和使用时机械性能稳定，体外降解实验表明，60 d后屏障膜质量损失仅为10%，符合骨修复应用要求；磷酸钙的加入使所构建的屏障膜具有更好的成骨细胞附着、增殖和迁移能力。
因此，具有适当的降解特征、形态、力学行为和骨再生能力的PLGA/HAp/β-TCP双层屏障膜在骨重建方面具有巨大的应用潜力。此外，Wu等通过整合不同的结构和性质，构建了一种双层时空分层的一体化N-卤胺功能化细菌纤维素（N-halamine functional⁃ized bacterial cellulose）/CS-HAp（BC-g-PNCl/CSHAp）屏障膜，时空的层次设计表现为力学、孔隙结构和生物特征方面的不对称设计；首先，BC-g-PNCl/CS-HAp屏障膜将不同材料的刚性和柔性有效地结合在一起，可承受外部压力以维持成骨空间，承受弯曲和扭曲；其次，屏障膜外层被设计为通过致密层的小孔抵抗成纤维细胞，但通过疏松层的大孔促进成骨相关细胞的向内生长，从而实现骨组织能够在不受软组织细胞干扰的情况下生长；最后，屏障膜中掺杂的HAp可通过释放Ca2+和磷酸根离子（PO43-）促进干细胞成骨分化和矿化磷灰石的形成。值得注意的是，所构建的屏障膜可通过释放杀伤、接触杀伤、抗黏附和纳米孔阻断等多重方式抵抗细菌入侵，实现植入物感染的有效防控。
4. 展望
屏障膜的性能对于骨再生效率具有重要影响。为了克服目前医用口腔屏障膜存在结构设计单一、生物活性不足等问题，组分改良和结构优化等策略已被广泛应用于增强屏障膜的功能并获得了积极的修复效果，但仍有许多问题需要解决。一方面，多种组分的加入使屏障膜的临床转化变得困难；另一方面，骨再生对抗菌、抗炎、免疫调控、血管再生、神经分化和成骨分化等功能的需求是时序阶段性的。随着交叉学科的发展和研究者的不断深入探索，开发便于转化的、多层级介导不同功能时序执行的新型口腔屏障膜，将会进一步促进牙槽骨再生，以期实现天然牙的有效保留并提高种植成功率。
