隋秉東 劉覲瑜 金巖

710032 西安,口頜系統(tǒng)重建與再生全國重點實驗室,國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,陜西省口腔醫(yī)學(xué)重點實驗室,空軍軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院組織工程研發(fā)中心

口頜系統(tǒng)疾病是人類發(fā)病率最高的三大非傳染性疾病之一,其導(dǎo)致的口腔顱頜面部組織缺損不僅嚴(yán)重破壞咀嚼、吞咽、呼吸、語言等生理功能,也對患者的面容和心理產(chǎn)生巨大影響,更與系統(tǒng)性疾病密切相關(guān),嚴(yán)重危害人類健康[1-2]。目前,口腔顱頜面部組織缺損的臨床治療方案主要圍繞解剖形態(tài)的替代性修復(fù)進(jìn)行,無法從根本上實現(xiàn)組織的生理性重建和功能性恢復(fù),不能完全滿足治療需求[3-4]?？谇辉偕t(yī)學(xué)(stomatological regenerative medicine)是21世紀(jì)以來逐漸發(fā)展的一門新興學(xué)科,它將再生醫(yī)學(xué)的基本理論和方法引入口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,旨在通過促進(jìn)機體自我修復(fù)重建或構(gòu)建新的組織與器官,以改善或恢復(fù)病損的口腔顱頜面部組織正常結(jié)構(gòu)與功能[5-6]。隨著口腔發(fā)育生物學(xué)和細(xì)胞與分子生物學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展,以及干細(xì)胞和組織工程技術(shù)在現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用,口腔再生醫(yī)學(xué)已成為當(dāng)前口腔科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的交叉學(xué)科之一,但仍存在一定瓶頸[7]。本文將基于筆者在口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)實踐、科學(xué)研究與臨床轉(zhuǎn)化經(jīng)歷,回顧國內(nèi)外口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科建設(shè)歷程,分析我國口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題與未來方向,提出針對性較強的觀點與方案,以期推動我國口腔再生醫(yī)學(xué)事業(yè)的持續(xù)進(jìn)展。

1 口腔再生醫(yī)學(xué)及相關(guān)學(xué)科概念

口頜系統(tǒng)(oral and craniomaxillofacial system),或稱口腔顱頜面部,是人類咀嚼、語言和容貌的維持基礎(chǔ),其結(jié)構(gòu)與功能健全是個體身心健康的基本保證。然而,創(chuàng)傷、腫瘤、感染、先天畸形等多種病因常導(dǎo)致牙齒缺損和缺失、顱頜面部軟硬組織缺損等,顯著降低患者生存質(zhì)量[1-2]。最近的流行病學(xué)研究顯示,當(dāng)前全球約35億人患牙齒疾病,其中我國成人齲齒和牙周病患病率均接近90%;而顱頜面部位置暴露、防護(hù)困難,在交通事故和戰(zhàn)爭、演訓(xùn)事件中極易受損并極具危險性,發(fā)生率占全身損傷的10%～32%[8-10]。目前口頜系統(tǒng)組織缺損的臨床治療方案包括義齒、顱頜面贗復(fù)體和替代性組織移植物等,雖有引導(dǎo)組織修復(fù)缺損的方法,但無法完全恢復(fù)口頜系統(tǒng)健康[3-4]。自上世紀(jì)90 年代開始,隨著干細(xì)胞研究和組織工程技術(shù)的蓬勃發(fā)展,再生醫(yī)學(xué)作為研究機體生理性修復(fù)和功能性重建機制、規(guī)律與應(yīng)用的醫(yī)學(xué)體系逐漸被建立,已展現(xiàn)出在多種疾病治療中的巨大潛力,迅速成為了國際生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中備受關(guān)注的熱點[11]。通過引入再生醫(yī)學(xué)的基本理論和方法,口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科的賡續(xù)創(chuàng)建為口腔醫(yī)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域帶來了全新的發(fā)展機遇,也為口頜系統(tǒng)組織缺損和疾病的臨床治療拓展了新思路[1,5]。

所謂“再生”,是指組織或器官完整恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定狀態(tài)的精細(xì)調(diào)控過程[12]?？谇辉偕t(yī)學(xué)的核心是通過利用外源植入干細(xì)胞或激發(fā)組織內(nèi)源干細(xì)胞的自我更新與多向分化能力,在生物活性材料和因子的支持下,重建或恢復(fù)受損或病變的口腔顱頜面部組織和器官的形態(tài)與功能,達(dá)到治療口頜系統(tǒng)疾病、恢復(fù)口頜系統(tǒng)健康、改善患者生存質(zhì)量的目的[5-6]?？谇辉偕t(yī)學(xué)是一個綜合性交叉學(xué)科,涉及口腔醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)以及材料科學(xué)、計算機科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等下設(shè)的多個二級學(xué)科內(nèi)容,尤其與口腔顱頜面部發(fā)育生物學(xué)、口腔組織病理學(xué)、細(xì)胞與分子生物學(xué)、組織工程學(xué)等多個基礎(chǔ)與應(yīng)用研究學(xué)科聯(lián)系緊密,并與口腔修復(fù)學(xué)、口腔種植學(xué)、口腔正畸學(xué)、口腔頜面外科學(xué)、口腔內(nèi)科學(xué)等臨床學(xué)科互為依托[5]。因此,口腔再生醫(yī)學(xué)可綜合運用多學(xué)科交叉的理論和技術(shù)手段,已形成了闡明口頜系統(tǒng)干細(xì)胞特性與再生規(guī)律、解析口腔顱頜面部組織損傷與再生機制、牙和牙周組織的再生和轉(zhuǎn)化應(yīng)用、顱頜面部軟硬組織的再生和轉(zhuǎn)化應(yīng)用等四方面較為完備的研究體系,為從根本上解決口頜系統(tǒng)生理性修復(fù)和功能性重建這一世界醫(yī)學(xué)難題而不斷進(jìn)步。

2 國際口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科的發(fā)展

關(guān)于口頜系統(tǒng)具有一定再生或成體組織形成能力的研究起步較早,并已支持了相關(guān)臨床治療技術(shù)的開展以促進(jìn)組織的有限修復(fù)。例如,基于牙髓的修復(fù)特性發(fā)展了蓋髓術(shù)、根尖誘導(dǎo)成形術(shù)、血運重建術(shù)等再生牙體牙髓病學(xué)(regenerative endodontics)技術(shù);基于牙周的生長特性發(fā)展了引導(dǎo)組織再生術(shù)(guided tissue regeneration)等;基于頜骨的生成特性發(fā)展了牽張成骨術(shù)(distraction osteogenesis)等;此外口腔種植骨結(jié)合、脫位牙再植愈合、正畸力作用下的牙頜改建等過程也伴隨有口腔頜面部組織的有序形成[13-15]。再生醫(yī)學(xué)一經(jīng)提出就成為了世界各主要發(fā)達(dá)國家競相布局的戰(zhàn)略高地[16]。相比而言,口腔再生醫(yī)學(xué)作為一個明確的研究方向及一門相對獨立的學(xué)科則起步較晚,但其發(fā)展較快,已成為國際口腔和再生醫(yī)學(xué)的前沿[7]。

2000年,時任美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)牙顱頜面研究所(National Institute on Dental and Craniofacial Research,NIDCR)首席研究員(Principal Investigator,PI)的施松濤教授帶領(lǐng)團(tuán)隊首次在人第三磨牙牙髓中分離和鑒定了具有自我更新和多向分化特性的成體干細(xì)胞,并命名為牙髓干細(xì)胞(dental pulp stem cells,DPSCs),標(biāo)志著以干細(xì)胞研究為基礎(chǔ)的口腔再生醫(yī)學(xué)正式開創(chuàng)[17]。該團(tuán)隊又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和命名了人脫落乳牙牙髓干細(xì)胞(stem cells from human exfoliated deciduous teeth,SHED)、牙周膜干細(xì)胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)等多種口頜系統(tǒng)間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs),并聯(lián)合多個團(tuán)隊初步開展了口腔組織工程應(yīng)用研究,推動了口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展[18-19]。此后直到2017 年,NIDCR制定了名為DOCTRC(Dental,Oral and Craniofacial Tissue Regeneration Consortium)的口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科發(fā)展詳細(xì)規(guī)劃,成立了美國東西部兩個口腔顱頜面部組織再生中心,分別為由密歇根大學(xué)、匹茲堡大學(xué)和哈佛大學(xué)Wyss研究所組成的MPWRM RC(Michigan-Pittsburgh-Wyss Resource Center)和由加州學(xué)術(shù)機構(gòu)組成的C-DOCTOR(Center for Dental,Oral,and Craniofacial Tissue and Organ Regeneration),迄今已投入5 200 萬美元,旨在最終促進(jìn)口腔再生醫(yī)學(xué)的跨學(xué)科臨床轉(zhuǎn)化[20]。相應(yīng)地,美國南加州大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、密歇根大學(xué)等多所知名大學(xué)已在牙科專業(yè)的本科生或研究生課程中(Program)納入再生醫(yī)學(xué)的牙科研究與應(yīng)用(Regenerative dentistry)相關(guān)內(nèi)容。在世界范圍內(nèi),英國倫敦國王學(xué)院、英國謝菲爾德大學(xué)、愛爾蘭都柏林大學(xué)三一學(xué)院、澳大利亞昆士蘭大學(xué)、日本東京醫(yī)科齒科大學(xué)、韓國首爾大學(xué)等多所高校已開設(shè)了口腔再生醫(yī)學(xué)相關(guān)研究生課程,英國伯明翰大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)、韓國首爾大學(xué)等已設(shè)立專門的口腔再生醫(yī)學(xué)研究機構(gòu),并已編寫了《Regenerative Approaches in Dentistry》等教材,紛紛表現(xiàn)出對口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重視[21]。

盡管國際口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科正處于迅速發(fā)展期,但明確開設(shè)口腔再生醫(yī)學(xué)課程或進(jìn)行口腔再生醫(yī)學(xué)研究的大學(xué)或機構(gòu)仍相對較少,相關(guān)課程或研究的開展內(nèi)容與方式以及規(guī)程與對象尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)的模式,也尚未成立專門的口腔再生醫(yī)學(xué)系(Department)或設(shè)立學(xué)位(Degree)?；谏鲜霈F(xiàn)狀,2017年27國代表在于倫敦舉行的歐美牙科教育協(xié)會聯(lián)席會議(American Dental Education Association and Association for Dental Education in Europe)上倡議口腔醫(yī)學(xué)教育者和學(xué)生應(yīng)緊跟口腔再生醫(yī)學(xué)的科學(xué)進(jìn)展并修訂教學(xué)模式,而國際牙科認(rèn)證委員會(Commission on Dental Accreditation)也提倡將口腔再生醫(yī)學(xué)進(jìn)展納入專業(yè)教育[21-22]。由此,可以預(yù)期在未來一段時間內(nèi)國際口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科將進(jìn)入更加普遍和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展階段。

3 我國口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科建設(shè)歷程與人才培養(yǎng)

自上世紀(jì)90 年代起至21 世紀(jì)初期,我國口腔專業(yè)學(xué)者在長期的醫(yī)教研實踐中,逐漸關(guān)注到未分化間充質(zhì)細(xì)胞等種子細(xì)胞、羥基磷灰石等生物材料、骨形成蛋白等生長因子在口腔顱頜面部骨修復(fù)過程中的促進(jìn)作用,從3 個方面開展了初步的組織工程基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,比較具有代表性的團(tuán)隊有空軍軍醫(yī)大學(xué)(原第四軍醫(yī)大學(xué))口腔醫(yī)院金巖教授(筆者)團(tuán)隊、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院王松靈教授團(tuán)隊、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院(原華西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院)田衛(wèi)東教授團(tuán)隊等,為我國口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科的建立進(jìn)行了先導(dǎo)性的探索與先期的人才儲備[23-25]。隨著口頜系統(tǒng)多種干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),在密切國際交流的助推下,我國口腔再生醫(yī)學(xué)在知識積累、科學(xué)研究、教學(xué)實踐、應(yīng)用探索、科技戰(zhàn)略、人才培養(yǎng)、組織架構(gòu)、交叉合作等多方面開始蓬勃發(fā)展,學(xué)科建設(shè)迄今經(jīng)歷了以下3 個階段。

3.1 萌芽期(2002～2010 年)

標(biāo)志性起始事件是科技部國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973計劃”)前期項目《牙再生關(guān)鍵科學(xué)問題研究》于2002年正式立項。在此項目的支持與引導(dǎo)下,相關(guān)團(tuán)隊逐步建立了口腔顱頜面部干細(xì)胞培養(yǎng)與研究體系并開展了牙齒、頜骨、皮膚與黏膜等組織的工程化構(gòu)建與應(yīng)用工作。其中,王松靈教授團(tuán)隊于2003 年率先開展了牙齒發(fā)育與再生研究并于2006 年首次實現(xiàn)大動物(小型豬)生物牙根再生,該成果于2010 年獲國家科技進(jìn)步二等獎;筆者團(tuán)隊于2002 年成立了我國口腔醫(yī)學(xué)界第一個組織工程中心,開展了組織工程皮膚的研究并于2008 年獲國家批號,是我國首個組織工程產(chǎn)品,支持獲得了我國口腔醫(yī)學(xué)界首個國家科技進(jìn)步一等獎;筆者團(tuán)隊亦于2006 年初步建立了口頜系統(tǒng)干細(xì)胞的三維自組裝聚合體構(gòu)建體系,具模擬胚胎發(fā)育期間充質(zhì)凝聚促進(jìn)組織再生的特性[26-28]。在此期間,以上述核心團(tuán)隊與院校為基礎(chǔ),逐漸開展了口腔再生醫(yī)學(xué)專業(yè)方向的研究生培養(yǎng)工作,其中筆者于2004 年起率先開設(shè)了《組織工程與再生醫(yī)學(xué)》研究生選修課,并帶領(lǐng)團(tuán)隊編寫了專著《組織工程學(xué)原理與技術(shù)》用于教學(xué)需要;全國涌現(xiàn)出劉怡、范志朋、蔣欣泉、郭維華等優(yōu)秀的下一代口腔再生醫(yī)學(xué)專業(yè)人才;國內(nèi)主要團(tuán)隊的學(xué)術(shù)交流密切開展,田衛(wèi)東教授、王松靈教授和筆者團(tuán)隊于2009 年首次聯(lián)合申報《牙發(fā)生發(fā)育分子機理及牙齒再生的研究》課題并獲“973計劃”立項資助。國際交流方面,首屆國際口腔及顱頜前沿研究研討會于2008 年11 月在北京成功召開,施松濤教授、美國南加州大學(xué)柴洋教授等多位世界頂級專家受邀與國內(nèi)學(xué)者就發(fā)育生物學(xué)、干細(xì)胞及組織工程等領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的科學(xué)理念及學(xué)術(shù)成果進(jìn)行了交流,最終促成了2010年3月中華口腔醫(yī)學(xué)會口腔生物醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(Society of Oral Biomedicine of China Stomatological Association,SOBCSA)的成立,標(biāo)志著我國口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科建設(shè)進(jìn)入成長期。

3.2 成長期(2011～2018 年)

SOBCSA成立后迅速推動了我國口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科全面建設(shè)。這一時期,國家和省部級專業(yè)研究機構(gòu)逐漸建立,包括2012 年口腔再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程實驗室在四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院獲批成立、2012 年全牙再生及口腔組織功能重建北京市重點實驗室在首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院成立、2013 年軍民共建軍事口腔醫(yī)學(xué)國家重點實驗室在第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院獲得正式立項等,引領(lǐng)了更多的口腔院校開展再生醫(yī)學(xué)的研究,進(jìn)一步助力我國口腔再生醫(yī)學(xué)研究的飛速發(fā)展。2013年,筆者團(tuán)隊與施松濤教授團(tuán)隊合作,在干細(xì)胞聚合體有效促進(jìn)牙髓組織再生的臨床前研究基礎(chǔ)上,注冊開展了國際首個牙髓再生的隨機對照臨床試驗,最終歷經(jīng)多年研究率先實現(xiàn)了干細(xì)胞介導(dǎo)的具神經(jīng)血管化的人體全長牙髓功能性再生,于2018 年發(fā)表于《Science Translational Medicine》雜志,為臨床牙髓壞死疾病提供了新的治療策略,是口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的里程碑事件,獲得當(dāng)年度中國醫(yī)藥生物十大進(jìn)展[29]。同時,基于干細(xì)胞的牙周骨缺損再生和牙周炎治療臨床試驗也已注冊開展[30]。為進(jìn)一步推動基于干細(xì)胞的口腔再生醫(yī)學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化,由施松濤教授牽頭、美國賓夕法尼亞大學(xué)牙醫(yī)學(xué)院與北京大學(xué)口腔醫(yī)院達(dá)成戰(zhàn)略合作并獲得科技部資助,國內(nèi)首家具臨床生產(chǎn)規(guī)范(good manufacturing practice,GMP)級別的口腔干細(xì)胞庫于2015 年7 月在北京市中關(guān)村生命科學(xué)園落成,標(biāo)志著我國口腔再生醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化的開始。2017 年,王松靈教授領(lǐng)銜研制的新藥“人牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞注射液”于北京市食品藥品監(jiān)督局受理用于臨床研究實驗,也是我國干細(xì)胞管理條例頒布以來第一個受理的干細(xì)胞藥物[31]。在這一時期,我國口腔再生醫(yī)學(xué)的人才培養(yǎng)也進(jìn)一步發(fā)展,許多高校開始開設(shè)再生醫(yī)學(xué)方向的口腔研究生課程,筆者于2014 年率先建立了口腔再生醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科專業(yè),并聯(lián)合王松靈教授等專家團(tuán)隊編寫了供口腔醫(yī)學(xué)類專業(yè)用的全國高等學(xué)校研究生規(guī)劃教材《口腔頜面發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)》,2011 年于人民衛(wèi)生出版社出版,為我國口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科發(fā)展培養(yǎng)了更多的高層次人才。2015 年筆者團(tuán)隊領(lǐng)銜的《人類器官的構(gòu)建及工程化技術(shù)體系建立》獲得首批國家重點研發(fā)計劃資助,2016 年田衛(wèi)東教授領(lǐng)銜的《基于成體/多能干細(xì)胞的牙功能組織模塊構(gòu)建及轉(zhuǎn)化研究》亦獲得國家重點研發(fā)計劃立項,國家自然科學(xué)基金委資助的口腔再生醫(yī)學(xué)相關(guān)項目也逐年增多,國內(nèi)同時創(chuàng)辦了《口腔生物醫(yī)學(xué)》等專業(yè)刊物,由此推動了我國口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的深入發(fā)展。

3.3 發(fā)展期(2019 年～至今)

人體全長牙髓功能性再生臨床試驗的成功開展激發(fā)了我國口腔再生醫(yī)學(xué)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,結(jié)合我國臨床研究的特有優(yōu)勢,學(xué)科建設(shè)水平與國際同行相比已由萌芽期的“跟跑”、成長期的“并跑”逐漸向“領(lǐng)跑”跨越。其中,2019 年時任美國賓夕法尼亞大學(xué)牙學(xué)院系主任、終身教授的施松濤教授入選國家“千人計劃”,帶領(lǐng)團(tuán)隊全職回國、入職中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院并建成華南顱頜干細(xì)胞轉(zhuǎn)化研究中心,支持我國口腔再生醫(yī)學(xué)維持于國際先進(jìn)行列。施松濤教授回國后率先成功應(yīng)用口頜系統(tǒng)干細(xì)胞SHED治療與口腔顱頜面部組織再生密切相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)性疾病——2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D),并進(jìn)一步注冊了SHED治療肝硬化、抑郁癥等疾病的臨床試驗,拓寬了口腔再生醫(yī)學(xué)的學(xué)科外延[32]。王松靈教授團(tuán)隊研發(fā)的“人牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞注射液”于2020 年8 月獲得國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心臨床試驗?zāi)驹S可,是國際首個口頜系統(tǒng)干細(xì)胞藥物,基于該干細(xì)胞新藥的“異體人牙髓干細(xì)胞治療慢性牙周炎”臨床研究項目于2019 年10 月通過國家衛(wèi)健委干細(xì)胞臨床研究項目備案并已正式啟動。田衛(wèi)東教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)用于牙再生的新型CD24a+多能干細(xì)胞,獲中國2020 年度重要醫(yī)學(xué)進(jìn)展,牽頭的全球首個干細(xì)胞治療牙周骨缺損的多中心臨床研究于2022年4月正式啟動[33]。筆者團(tuán)隊進(jìn)一步使用干細(xì)胞聚合體復(fù)合脫細(xì)胞牙基質(zhì),完成了工程化全牙構(gòu)建和臨床牙髓-牙周聯(lián)合再生,實現(xiàn)了脫位牙的延期治療,并正在開展異體牙再生的多中心臨床試驗[34]。在蓬勃開展的臨床研究引領(lǐng)下,我國的口腔再生醫(yī)學(xué)專業(yè)研究團(tuán)隊及機構(gòu)出現(xiàn)了井噴式的增長,在牙齒和口腔顱頜面部軟硬組織再生方面不斷取得重要研究成果和進(jìn)展,被國際同行廣泛認(rèn)可[35-38]。再生成果的突破促使我國學(xué)者總結(jié)思考需傳承的學(xué)術(shù)理念,凝練形成了“發(fā)育指導(dǎo)再生”的學(xué)術(shù)思想,提出通過模擬或重現(xiàn)發(fā)育而促進(jìn)器官再生是極具潛力的再生醫(yī)學(xué)范式新轉(zhuǎn)變,由筆者團(tuán)隊國際首創(chuàng)提出工程化類凝聚體(Cytocondensoids)的重要再生醫(yī)學(xué)新概念并發(fā)表于百年頂刊《Physiological Reviews》,領(lǐng)銜再版《口腔頜面部發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)》教材專著,支撐國內(nèi)優(yōu)勢團(tuán)隊聯(lián)合獲批《牙頜組織發(fā)育與再生中顱頜干細(xì)胞譜系分化及其微環(huán)境調(diào)控》和《基于再生原理的牙頜生物重建及其轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究》等2項“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目,成為未來國際口腔再生醫(yī)學(xué)乃至更廣闊的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究導(dǎo)向[1]。在新的歷史時期,《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》等國家政策強調(diào)了口腔再生醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要性,“口頜系統(tǒng)重建與再生”全國重點實驗室完成重組,專業(yè)培養(yǎng)逐漸從研究生教育向本科生教育轉(zhuǎn)變,專業(yè)相關(guān)的國家級人才不斷涌現(xiàn)。在可預(yù)見的將來,我國口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科將持續(xù)高速發(fā)展。

4 口腔再生醫(yī)學(xué)的研究現(xiàn)狀、瓶頸與方案

如前所述,口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展以干細(xì)胞與組織工程兩大技術(shù)體系為依托,口頜系統(tǒng)多種MSCs的培養(yǎng)與原位鑒定、MSCs與生物材料和活性因子的應(yīng)用和相互作用、具干細(xì)胞誘導(dǎo)性和環(huán)境調(diào)節(jié)性材料與因子的研發(fā)、口腔顱頜面部組織的外源工程化構(gòu)建和內(nèi)源引導(dǎo)性再生、供體細(xì)胞優(yōu)化及與受體微環(huán)境的互動、口腔顱頜面部組織的局部再生與免疫等系統(tǒng)因素的相互作用等均為領(lǐng)域內(nèi)當(dāng)前發(fā)展的重要方向[1,3-4]。然而,若以最終實現(xiàn)有效的口頜系統(tǒng)組織再生為導(dǎo)向,筆者認(rèn)為學(xué)科在整體框架上需要關(guān)注再生組織的形態(tài)重建、功能重塑和穩(wěn)定整合這三大問題。特別是,盡管當(dāng)前口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究已取得突出成績,仍然面臨著再生組織的結(jié)構(gòu)與天然組織差異大、活性與器官功能匹配差、效應(yīng)在宿主環(huán)境維持難等三大瓶頸,這主要是由于構(gòu)建復(fù)雜組織精細(xì)交織的三維生理性形態(tài)的有效手段缺乏、對再生所需的特異性環(huán)境的認(rèn)識不足使器官功能重塑難以達(dá)到預(yù)期、對植入組織與宿主全身性的互動機制不明導(dǎo)致對供受體交流的調(diào)控缺乏準(zhǔn)確指導(dǎo)。筆者根據(jù)團(tuán)隊多年的研究,對上述問題提出針對性方案如下。

4.1 生理性形態(tài)重建

口腔顱頜面部器官發(fā)生中至關(guān)重要的共性初始過程是細(xì)胞凝聚(cell condensation),即MSCs通過自發(fā)地形成凝聚體而獲得發(fā)育性器官形成的潛能[1]。在植入后,模擬發(fā)育性凝聚的干細(xì)胞聚合體也比松散的干細(xì)胞起到更好的再生效果[39]。需要注意的是,在牙齒發(fā)育過程中的不同階段存在著不同的亞凝聚形式,如牙乳頭、牙囊等,各自都有著獨特的干細(xì)胞組成、分子特征、神經(jīng)血管伴行特性和功能特點,提示對于不同類型的牙齒組織損傷應(yīng)采取不同的再生策略[1,40-41]。依據(jù)發(fā)育凝聚原理,筆者團(tuán)隊已成功建立了易獲取、具備生理功能和發(fā)育潛能、可規(guī)模化、臨床可用的干細(xì)胞自組裝聚合技術(shù)體系,成功應(yīng)用促進(jìn)牙髓、牙周、皮膚、骨等多組織再生[42-45]。后續(xù)工作將進(jìn)一步闡明如何依據(jù)發(fā)育中MSCs凝聚的異質(zhì)性調(diào)節(jié)和優(yōu)化聚合體再生策略。

發(fā)育期間充質(zhì)凝聚形成后走向器官形態(tài)發(fā)生的關(guān)鍵是與口頜系統(tǒng)基質(zhì)微環(huán)境的緊密互動,從而激活PAX9等發(fā)育期基因表達(dá)并誘導(dǎo)MSCs的成牙或成骨分化[46]。筆者團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn),將干細(xì)胞聚合體植入特定基質(zhì)微環(huán)境后同樣可啟動形態(tài)發(fā)生基因表達(dá)程序,但天然成體牙基質(zhì)無法支持聚合體有效再生牙齒組織,需要通過酸蝕、EDTA等方式處理制備脫細(xì)胞牙基質(zhì)(decellularized tooth matrix,DTM),暴露牙本質(zhì)小管并恢復(fù)模擬發(fā)育期基質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),方可顯著誘導(dǎo)牙齒形態(tài)發(fā)生[34]。相應(yīng)地,使用SHED聚合體復(fù)合DTM,已成功實現(xiàn)了小型豬與人體內(nèi)的工程化全牙再生,為口頜系統(tǒng)組織的生理性形態(tài)重建提供了重要參考[34]。未來研究將深入揭示干細(xì)胞聚合體與脫細(xì)胞基質(zhì)之間的互作機制和適用條件,從而進(jìn)一步提高口腔顱頜面部不同軟硬組織類型的再生效果。

4.2 適應(yīng)性功能重塑

在形態(tài)重建的基礎(chǔ)上,口腔顱頜面部組織再生后需要執(zhí)行支持、運動等基本功能和呼吸、吞咽、語言、表情等精細(xì)功能,并在宿主多種應(yīng)激環(huán)境的作用下進(jìn)行適應(yīng)性改建以維持組織穩(wěn)態(tài)、滿足特定條件下的功能需求。其中,再生器官功能恢復(fù)的關(guān)鍵之一是實現(xiàn)神經(jīng)血管化(neurovascularization),筆者團(tuán)隊已揭示干細(xì)胞聚合體介導(dǎo)的牙髓和全牙再生中均有神經(jīng)和血管長入,賦予再生組織感覺和血運等功能[29,34]。干細(xì)胞引導(dǎo)的血管化也參與骨和皮膚等組織再生過程[44,47]。在口頜系統(tǒng)發(fā)育過程中,間充質(zhì)凝聚形成后除自身通過分化進(jìn)行形態(tài)發(fā)生之外,更通過旁分泌細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)和細(xì)胞因子調(diào)控不同譜系細(xì)胞的生物學(xué)行為,尤其是引導(dǎo)血管長入并由此推動器官的功能性形成[48-49]。相應(yīng)的,EVs也被揭示為介導(dǎo)MSCs再生治療效應(yīng)的重要因素,如研究已發(fā)現(xiàn)了MSCs聚合體形成和植入均會促進(jìn)EVs釋放,并通過EVs引導(dǎo)再生特異性血管生成[34,44]。未來研究將進(jìn)一步闡明干細(xì)胞聚合體通過EVs促進(jìn)特異性血管亞型生成并支持再生的功能與機制。神經(jīng)和血管常相伴走行。然而,盡管研究已揭示血管生成(angiogenesis)對組織再生發(fā)揮關(guān)鍵作用,神經(jīng)長入(innervation)對于再生的影響及其機制尚未有深入報道。筆者團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn),Gli1+標(biāo)記的MSCs特異性功能亞群、再生特異性血管交感神經(jīng)存在空間緊密偶聯(lián)關(guān)系,交感神經(jīng)通過MSCs調(diào)控成骨-破骨和成血管功能,維持組織改建平衡[47,50]。進(jìn)一步研究繼續(xù)確認(rèn)了EVs在介導(dǎo)交感神經(jīng)調(diào)控MSCs影響組織改建中的關(guān)鍵作用,其中EVs可以轉(zhuǎn)運微小RNA(microRNA)等信號分子調(diào)控靶細(xì)胞功能[50-51]。值得注意的是,在病理情況下,交感神經(jīng)出現(xiàn)持續(xù)過度激活嚴(yán)重?fù)p害機體健康。特別是當(dāng)代社會節(jié)奏快、壓力因素多,心理應(yīng)激導(dǎo)致的健康紊亂已逐漸引起重視,尤其是抑郁癥往往伴隨骨丟失等多器官功能障礙,且常出現(xiàn)于口頜系統(tǒng)組織缺損患者的愈合過程中,制約了再生效果[52]。在機制研究的基礎(chǔ)上,筆者團(tuán)隊繼續(xù)開發(fā)了靶向MSCs的microRNA適配子干擾系統(tǒng),同時應(yīng)用臨床可用的EVs釋放抑制劑進(jìn)行干預(yù),成功逆轉(zhuǎn)抑郁癥誘發(fā)的骨丟失,實現(xiàn)了骨量的長期穩(wěn)定維持[50-51]。研究提示了建立基于干細(xì)胞分子靶點和EVs釋放干預(yù)的心理應(yīng)激條件下組織再生的新策略,指向了神經(jīng)偶聯(lián)組織再生和再生器官功能恢復(fù)的新方向。

4.3 供-受體穩(wěn)定整合

在形態(tài)重建和功能重塑的基礎(chǔ)上,口腔顱頜面部組織再生后需要作為機體的一部分進(jìn)行生理性細(xì)胞更替,并抵御免疫、代謝等宿主系統(tǒng)調(diào)控因素的影響,從而實現(xiàn)供-受體成份的穩(wěn)定整合和再生器官的長期存活。傳統(tǒng)研究認(rèn)為,外源性MSCs植入后直接通過歸巢、增殖和分化等功能發(fā)揮組織形成作用[53]。近年研究表明,移植的MSCs并不能在免疫健全的宿主體內(nèi)長期存活,而是迅速被清除,但其療效卻可得到穩(wěn)定發(fā)揮,而凋亡是植入MSCs介導(dǎo)組織再生效應(yīng)的必要過程[54]。具體來說,植入的MSCs雖被清除,但其凋亡中產(chǎn)生的凋亡囊泡(apoptotic vesicles,apoVs)卻能起到抑制炎癥、調(diào)節(jié)內(nèi)源性MSCs功能的作用[55-56]。而由于在機體中參與全身性的循環(huán)和被攝取,apoVs得以調(diào)控器官間的免疫細(xì)胞交流從而維持多器官的功能性恢復(fù),并且可以整合到宿主的細(xì)胞中成為穩(wěn)定參與功能的一部分物質(zhì)[57]。未來的研究中,一方面對于聚合體MSCs發(fā)生死亡的方式仍需探索,不僅僅是凋亡,自噬、焦亡、壞死性凋亡等多種受控性細(xì)胞死亡在組織再生調(diào)控中所起到的作用還有著很多未知;另一方面,apoVs在更多特殊的病理環(huán)境中能否起到促再生效果及其具體機制、源自于不同供體來源的apoVs是否更具有針對性效應(yīng),都是需要回答的問題。

綜上所述,在“發(fā)育指導(dǎo)再生”的理念指引下,研究已從三方面取得一些成果并依然需要更深入的研究。繼續(xù)精細(xì)探索模擬發(fā)育的干細(xì)胞聚合體移植后命運決定及與宿主互動介導(dǎo)組織再生性形成的關(guān)鍵作用和調(diào)控機制,并在更多復(fù)雜病理條件下嘗試達(dá)到和維持組織再生效果,將有助于繼續(xù)推動口頜系統(tǒng)的組織再生及相關(guān)疾病治療的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

5 口腔再生醫(yī)學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化、方向與規(guī)范

口腔再生醫(yī)學(xué)作為一門創(chuàng)立僅20 年的新興學(xué)科,其理論已經(jīng)迅速通過實踐驗證并在臨床轉(zhuǎn)化方面取得了重要成果。我國學(xué)者的研究已率先在國際上實現(xiàn)基于干細(xì)胞聚合體的全長牙髓功能性再生和工程化全牙再生,研發(fā)了人牙髓干細(xì)胞藥物并開展了多個牙周炎或牙周骨缺損再生的臨床試驗,更將口頜系統(tǒng)干細(xì)胞拓寬應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)性疾病的治療[29-32,34]。日本學(xué)者Nakashima等[58]也招募了5 例不可逆性牙髓炎患者,進(jìn)行了DPSCs原位移植治療,取得了一定的牙髓再生效果;此外國際尚有不少應(yīng)用口頜系統(tǒng)干細(xì)胞的臨床研究項目正在開展,除上述內(nèi)容外還包括拔牙創(chuàng)愈合、無牙頜牙槽嵴恢復(fù)、唇腭裂修復(fù)、毛發(fā)生長、皮膚瘢痕修復(fù)等口腔顱頜面部組織再生/調(diào)節(jié)和骨關(guān)節(jié)炎、1型糖尿病、缺血性中風(fēng)、亨廷頓舞蹈病、新冠肺炎等疾病治療,已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)突破性應(yīng)用成就的先鋒與代表[59]。筆者團(tuán)隊與施松濤教授團(tuán)隊更進(jìn)一步著眼于口腔再生醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制問題,分別建立了干細(xì)胞聚合體構(gòu)建和EVs/apoVs提取應(yīng)用的規(guī)范方法,并鑒定了一系列決定和預(yù)測干細(xì)胞移植后再生療效的標(biāo)志物和質(zhì)控方案[39,60-64]。未來研究將繼續(xù)針對口腔再生醫(yī)學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化開展多中心的有效性和安全性研究,著重關(guān)注同種異體干細(xì)胞的應(yīng)用前景、風(fēng)險評估和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,同時探索再生的遠(yuǎn)期效果、靶點機制和潛在副作用。

近年來,隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展,國家也加強了對干細(xì)胞臨床轉(zhuǎn)化的監(jiān)督和管理。2015 年頒布的《干細(xì)胞臨床研究管理辦法(試行)》首次規(guī)范了干細(xì)胞臨床研究的倫理問題,為保障患者的權(quán)益提供了依據(jù);2021 年2 月國家衛(wèi)健委發(fā)布的《對十三屆全國人大三次會議第4371號建議的答復(fù)》提到,國家藥品監(jiān)管部門已經(jīng)為干細(xì)胞等細(xì)胞制劑通過藥品審批制定了配套政策,嚴(yán)格保障醫(yī)療質(zhì)量安全;2021 年8 月發(fā)布的《人源性干細(xì)胞產(chǎn)品藥學(xué)研究與評價技術(shù)指導(dǎo)原則(征求意見稿)》,進(jìn)一步規(guī)范和指導(dǎo)了干細(xì)胞產(chǎn)品的藥學(xué)研發(fā)和申報;2022 年10 月,國家藥品監(jiān)督管理局食品藥品審核查驗中心正式發(fā)布《細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量管理指南(試行)》。然而,當(dāng)前尚缺乏針對口頜系統(tǒng)干細(xì)胞產(chǎn)品研發(fā)和口腔再生醫(yī)學(xué)臨床研究注冊相關(guān)的指導(dǎo)性文件和技術(shù)評價體系,臨床醫(yī)生與患者對口腔再生醫(yī)學(xué)治療方法的認(rèn)知和接受度也仍然不足。相應(yīng)的,口腔再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域需要做好科普宣傳,同時遵循標(biāo)準(zhǔn)化的臨床研究設(shè)計和操作流程,并遵循知情同意、自主選擇等倫理原則和規(guī)范,從而最大限度地保護(hù)患者的權(quán)益和安全。此外,由于口腔顱頜面部的組織損傷常影響容貌和重要生理功能,患者可能承受著不同程度的心理壓力,易表露自卑、易怒等問題,對新的口腔再生醫(yī)學(xué)療法接受度不強或期望值過高。因此,醫(yī)務(wù)人員應(yīng)注重再生治療過程中的人文關(guān)懷,在組織再生的較長時間內(nèi)盡力開導(dǎo)和定期回訪患者,時刻關(guān)注其預(yù)后情況、心理健康和生活質(zhì)量。

6 結(jié) 語

我國口腔再生醫(yī)學(xué)目前仍處于快速發(fā)展的階段,獲得的政策支持力度加大、基礎(chǔ)研究逐漸深入、技術(shù)水平不斷提高、學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)成果豐碩、臨床及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快,保持著良好的勢頭,前景廣闊。近年來,大數(shù)據(jù)、學(xué)科融合等新理念和生命組學(xué)、基因編輯、高分辨率成像、新材料制造等高精尖技術(shù)不斷涌現(xiàn),將推動再生醫(yī)學(xué)研究的廣度和深度持續(xù)拓展[16,65]。瞄準(zhǔn)基于干細(xì)胞的再生生物學(xué)機制闡釋和復(fù)雜口頜系統(tǒng)組織重建關(guān)鍵策略突破的雙重前沿方向,我國口腔再生醫(yī)學(xué)學(xué)科將持續(xù)加強基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的結(jié)合,注重啟發(fā)式、實踐導(dǎo)向和具有科學(xué)評價體系的本科生與研究生教育,建立跨學(xué)科的協(xié)作創(chuàng)新團(tuán)隊,實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化型人才,以期不斷推動口腔再生醫(yī)學(xué)的臨床和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,進(jìn)一步提高口腔顱頜面部組織的再生和修復(fù)能力,為口頜系統(tǒng)疾病的防治提供更為有效的手段。