生物礦化是自然界中形成有機(jī)無機(jī)雜化生命結(jié)構(gòu)的重要路徑。成熟牙釉質(zhì)的形成通常包含通過釉原蛋白（amelogenin）等有機(jī)基體形成有序羥基磷灰石（HAp）納米柱的過程。釉原蛋白是由碳端端肽C-Ame和氮端多肽N-Ame構(gòu)成的。一旦到達(dá)細(xì)胞外，釉原蛋白會(huì)經(jīng)歷一系列的酶解過程，并形成直徑為10到20納米的納米球，這些納米球在釉質(zhì)礦化中起關(guān)鍵的作用。N-Ame對于釉原蛋白自組裝形成類淀粉樣聚集體有非常重要的作用，而這些由β折疊的堆疊形成的聚集體是HAp晶體生長的模板。C-Ame則是起到幫助這些晶體形成平行排列結(jié)構(gòu)的作用。具有一定有序排列的HAp納米柱是經(jīng)過無定形磷酸鈣（ACP）納米球的聚集和晶型轉(zhuǎn)換而形成的。
成人牙齒形成后，釉原蛋白就消失了，身體也不會(huì)再補(bǔ)給，因此釉質(zhì)一旦破壞就不能形成像原生牙齒一樣的結(jié)構(gòu)，就會(huì)形成齲齒。齲齒是一個(gè)廣泛存在的公共健康問題。雖然已經(jīng)報(bào)道了一些能夠重新礦化釉質(zhì)的合成化學(xué)物質(zhì)，比如氟化物、酪蛋白磷酸肽和三乙胺等，但是這些方法都有顯著的缺陷，比如氟化物療法會(huì)提高氟斑牙的風(fēng)險(xiǎn)等。
因此，用生物相容性更好的材料替代合成化學(xué)物質(zhì)有很重要的意義。已經(jīng)有一些研究者報(bào)道了具有釉原蛋白功能的替代物，但是他們與牙釉質(zhì)的親和力不夠好，因此在臨床上也沒有很多實(shí)際應(yīng)用。如果人工合成全序列的釉原蛋白，又太費(fèi)時(shí)費(fèi)力。其實(shí)，釉原蛋白的再礦化表達(dá)并不一定需要整個(gè)序列的參與，關(guān)鍵在于能夠?qū)崿F(xiàn)上文提到的碳端C-Ame和氮端N-Ame的功能，兩者組合就有望起到很好的效果。
從這一角度出發(fā)，近日，來自西安理工大學(xué)方長青教授、天津醫(yī)科大學(xué)張栩和陜西師范大學(xué)楊鵬等合作合成了一種模擬釉原蛋白氮端的相轉(zhuǎn)變?nèi)芫梗≒TL），與模擬C-Ame功能區(qū)域的合成蛋白C-AMG混合、共同形成涂層，成功仿生釉原蛋白，實(shí)現(xiàn)了齲壞牙齒再礦化、促進(jìn)了仿釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的生成。此方法得到的牙釉質(zhì)比人體本身牙釉質(zhì)的硬度還要高一點(diǎn)兒！相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。
PTL/C-AMG涂層的形成對后續(xù)HAp的生長非常重要。研究者通過將硅片浸泡在含有PTL、TCEP和C-AMG的溶液中不同時(shí)間就可以得到厚度為3-42 nm的均勻涂層。其原理非常簡單，在TCEP的作用下，PTL中的二硫鍵被還原并形成較短的多肽齊聚物，這些齊聚物與C-AMG一起形成直徑為50 nm左右的微球并沉積到基底上形成薄膜。此過程類似于常見的聚多巴胺涂層的形成方式，但與相比之下，PTL/C-AMG涂層是完全透明的，并且形成速度快，只要1 min，非常高效！將來只要用含有相應(yīng)成分的溶液漱口或涂抹就可以達(dá)到治療齲齒的目的。
在進(jìn)一步的研究中，作者采用QCM-D和原子力顯微鏡（AFM）對涂層進(jìn)行了表征，驗(yàn)證了PTL/C-AMG涂層與人體本身牙釉質(zhì)的親和性。
同時(shí)，作者在體外（in vitro）進(jìn)行了涂層表面再礦化的研究。SEM顯示，自然牙釉質(zhì)的表面成魚鱗狀結(jié)構(gòu)，磷酸酸化之后，釉質(zhì)脫礦化形成不規(guī)則孔洞結(jié)構(gòu)，用含有PTL/C-AMG的人工唾液浸泡后，孔洞結(jié)構(gòu)消失，發(fā)生再礦化形成致密的柱狀晶體結(jié)構(gòu)，成功模擬牙釉質(zhì)表面原本的魚鱗狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的SEM表征發(fā)現(xiàn)再礦化形成的牙釉質(zhì)與原本的牙釉質(zhì)存在明顯的分界面，反映了HAp成功形成一層新的外延晶體。AFM表征很明顯地顯示了這些HAp棱狀晶體沿著某個(gè)取向方向整齊緊密排列。
值得一提的是，修復(fù)后的牙釉質(zhì)強(qiáng)度和模量（4.5 ± 0.2?GPa，86.3 ± 4.2?GPa）都媲美于原始牙釉質(zhì)（4.0 ± 0.4?GPa，85.3 ± 5.1?GPa），比已報(bào)道的其他方式修復(fù)的牙釉質(zhì)強(qiáng)度和模量都高出很多。
作者隨后在小鼠口腔內(nèi)做了體內(nèi)（in vivo）牙齒修復(fù)的研究，14天口腔內(nèi)PTL/C-AMG治療后，齲壞的牙齒表面重新形成了類似正常牙釉質(zhì)表面的魚鱗狀結(jié)構(gòu)，比沒有任何處理和用傳統(tǒng)氟化物處理過的牙齒表面恢復(fù)的效果都好。
綜上所述，作者認(rèn)為PTL/C-AMG可以很好地模擬自然界中釉原蛋白的功能，形成類似牙釉質(zhì)的HAp晶體陣列結(jié)構(gòu)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)尤其有意義，意味著臨床應(yīng)用的可能性，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。今后，PTL/C-AMG漱口水的生產(chǎn)可以給齲齒的家庭治療帶來更大的便利。
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