X光三維結構整合分析於牙科生醫材料研發之應用：材料世界網

電腦斷層掃描的發展不僅促成了近年來牙科臨床治療技術的進步，於牙科研究方面亦有諸多應用。本文包含了兩例關於牙科材料之研發與X光三維微電腦斷層結構整合分析之應用案例。第一例為抗牙本質敏感材料之非活體試驗，使用超高解析度之次微米X光電腦斷層掃描儀分析，並與電子顯微鏡下觀察到之影像相佐證。第二例為覆髓材料之動物模型試驗，以高解析微米電腦斷層掃描儀進行非破壞性掃描，並進一步驗證組織切片染色的結果。

本文將從以下大綱，提供兩例關於三維X光電腦斷層結構整合分析於牙科材料研發之應用科學研究案例，同時與掃描式電子顯微鏡和組織切片之二維影像來搭配討論。

‧前言

‧X光三維結構整合分析於抗牙本質敏感材料之應用

‧X光三維結構整合分析於牙科覆髓材料之組織再生應用

‧結語

【內文精選】

前言

目前高解析度的微電腦斷層掃描儀於牙科相關研究方面，無論是於非活體或活體皆有相當的應用性。在非活體方面，可以涵蓋齒槽骨結構和力學特性的變化、牙齒組織礦化或去礦化程度之變化、牙根管之形態或修行前後之型態表現、甚至是到直徑僅數微米的牙本質小管變化之觀察與分析。而在小鼠、大鼠或兔子等活體動物方面，可分析不同時間點的組織或器官變化（如牙本質牙髓再生或齒槽骨變化等），利用這種非破壞性的分析方法，減少動物的犧牲，達成國際間執行動物實驗之基本動物倫理原則；而與醫學臨床電腦斷層掃描相同，亦可以顯影劑來增強掃描。

X光三維結構整合分析於抗牙本質敏感材料之應用

牙本質(Dentin)為構成牙齒的主要結構，可保護內部牙髓組織。在露出於牙齦以上牙冠的部分，牙本質外面有礦物質含量高達96%的牙釉質(Enamel)來保護，在牙根的部分則覆蓋有牙骨質(Cementum)。然而根據統計約有10%的人，在牙冠和牙根交界處附近，齒頸部之牙釉質及牙骨質並未相連接，而產生一間隙，若是伴隨有牙齦萎縮等問題，齒頸部的牙本質就有可能直接暴露於口腔環境中。就顯微結構而言，牙本質內部被一根根的牙本質小管(Dentinal Tubule; DT)貫通，往外連接至牙冠之牙釉質，往內連通至牙髓(Rulp)，管內有牙髓組織中牙本質母細胞(Odontoblast)之細胞突觸(Cell Process)；因此，牙本質與牙髓可視為一複合體(Dentin-Pulp Complex)。一旦暴露出來的牙本質接觸到環境中刺激，例如溫度、滲透壓改變或是化學性刺激時，牙本質小管內的液體快速流動，造成牙本質母細胞周圍的神經末梢反應，引發病人感到短暫劇烈的牙齒痠痛及不適感，目前這種流體動力學理論(Hydrodynamic Theory)被認為是最有可能造成牙本質知覺敏感(Dentin Hypersensitivity)的機制。

台大口腔生醫材料實驗室與成大林弘萍教授實驗團隊所研發的材料，係將碳酸鈣浸潤入直徑約2~50 nm的中孔洞性氧化矽材料中，形成CaCO₃@Mesoporous Silicate (CCMS)，並與適當濃度之H₃PO₄作用後(CCMS-HP)，可於暴露出的牙本質表面產生鈣及磷酸根離子之過飽和溶液，快速於牙本質小管內形成Dicalcium Phosphate Dehydrate (DCPD)、Tricalcium Phosphate (TCP)，以及與牙齒主要礦物成分類似之Hydroxyapatite (HAp)等各種具有生物活性(Bioactive)的磷酸鈣結晶（圖一），有效增加牙本質小管的封閉性，達到長期抗敏感的效果。於掃描式電子顯微鏡(SEM)下觀察，發現塗佈CCMS-HP後，一圈圈牙本質小管橫切面內充滿了封填材料，縱切面可見一根根之小管被結晶所封填，深度約可達40 μm以上（圖二）。

圖一、CaCO₃@Mesoporous Silicate與Phosphoric Acid (CCMS-HP)混合後，塗佈於暴露的牙本質表面，可形成仿生結晶深入於牙本質小管內，隔絕外界刺激，保護牙本質與牙髓複合體，達到抗敏感的效果

X光三維結構整合分析於牙科覆髓材料之組織再生應用

覆髓材料發展至今，仍有臨床操作性質不佳、硬化時間過長、物理機械性質不足或誘導牙本質-牙髓再生能力不足等問題。先前本實驗室研發出以Nanocrystalline Calcium Sulfate Hemihydrate/Hydroxyapatite/Calcium Sulfate Hemihydrate (nCS/HAp/CS)為基質，攜帶複方生長因子(TGF-β1/VEGF)之覆髓材料（圖四），經過生物相容性測試以及細胞礦化行為分析，皆有優異的表現結果。我們以大鼠作為動物實驗模型，進行微米電腦斷層掃描儀(μ-CT)非破壞性檢視，觀察牙本質-牙髓再生之體積與礦物化變化，以及組織形態學分析。

首先使用超音波鑽針將大鼠上顎第一大臼齒之牙髓腔開擴，並進行斷髓治療(Pulpotomy)，移除牙冠部分牙髓組織(Coronal Pulp Tissue)後，利用滅菌綿球進行止血，接著將覆髓材料小心放置於暴露出的根部牙髓組織(Radicular Pulp Tissue)上，最後以複合樹脂進行窩洞復形（圖五）。分別於術後0、1、2週及4週後犧牲大鼠，在犧牲前使用μ-CT進行頭部之高解析度(Resolution = 18 μm)掃描分析，接著進行組織切片染色…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。