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肿瘤、创伤、发育畸形、牙周及牙体疾病等引起的口腔颅颌面硬组织缺损会影响美观及咀嚼、发音等生理功能。为恢复缺损部位天然结构与生理功能，修复材料在口腔临床中得到了广泛应用。然而，口腔颅颌面硬组织具有复杂的解剖形态、微观结构和独特的细胞生物学特征，目前常用的修复材料难以与人体硬组织在结构与理化性质上实现匹配，导致在植入后常出现修复效果不佳、感染、应力屏蔽、无菌性松动等问题。因此，实现生物材料与口腔颅颌面硬组织的形态结构、生物功能适配是解决以上问题的有效策略。
仿生策略，即通过模拟天然组织的结构与成分，以生物学原理为基础进行材料学设计。近年来，致力于仿生策略的研究已取得多方位进展，模拟硬组织微纳结构的设计策略已在牙冠材料、种植体及支架材料方面应用。这种结合生物学原理进行修复材料的结构与功能改进，可赋予其理想的生物功能性以达到硬组织高效修复的目的。因此，为进一步推动该领域发展，本文对口腔颅颌面硬组织修复材料设计的最新进展做一总结，旨在为临床口腔颅颌面部硬组织缺损的仿生修复材料的研发提供新思路。
1. 口腔颅颌面硬组织结构仿生
口腔颅颌面硬组织承担支撑面部、咀嚼等生理功能，结构上呈现复杂的个性化微观组织特征。以骨组织为例，包括致密的具有层次结构的骨皮质及疏松多孔小梁状的骨松质。因此，通过模拟组织微观结构以提高仿生度成为人工合成材料的重要研发内容。
1. 1 骨组织结构仿生
目前，通过酸蚀、喷砂、微弧氧化等方法形成仿骨粗糙表面微纳结构在临床骨修复材料中较为常见，该拓扑形貌可诱导细胞黏附与成骨向分化。研究表明，在钛合金支架表面仿制的类骨表面吸收陷窝形貌可促进干细胞成骨向分化，从而提高材料的骨整合能力。但上述手段难以对仿骨微纳结构进行精准的调控，以致植入材料难以获得均一表面性能。
近年来，借助激光修饰在种植体表面精准构建纳米级的几何形貌；研究表明，聚乳酸膜表面以软光刻技术制备的仿骨微纳结构，可通过调控巨噬细胞极化促进骨再生。此外，增材制造技术可通过计算机辅助设计（computer-aided design，CAD）调整参数，获得不同架构或表面属性进而调节支架的机械性能，为模拟骨组织结构的仿生设计提供了可行方法。
通过增材制造技术以天然骨多孔结构为模板制造的仿生支架明显改善细胞黏附、细胞增殖及骨整合。Kong等通过激光粉末床融合技术制备钛铌仿天然骨小梁结构支架，该支架在具备可控的力学性能基础上平衡了强度与弹性模量，可为临床骨缺损仿生支架的研发提供有效参考。另有研究将CAD联合3D打印技术制备了梯度仿生小梁样多孔掺钽聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）支架，并展现良好的新骨形成能力，促进体内骨整合效果。
1. 2 牙体组织结构仿生
牙釉质作为人体最坚硬的组织，其多尺度各向异性结构与组织形成过程是设计牙体组织仿生修复材料的重要参考。通过模拟牙釉质和牙本质的层状结构，成功开发了一种仿生陶瓷树脂复合材料，经水热法在外层被覆了超长羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）纳米“线束”，成功重现了天然牙釉质抵抗复杂外力的微观结构，形成了“基质-釉柱”结构。
为达到理想的前牙美学治疗效果，将功能化HA纳米“线束”与定向纤维层自下而上地组装成块状类牙釉质材料，由于具有接近天然牙釉质微观结构和优越的光学性能，为美学修复材料研发提供了极具价值的参考，但如何达到复合生理功能的力学性能仍需进一步探索。
2. 口腔颅颌面硬组织功能仿生
生理功能的恢复是组织缺损修复的最终目标，因此要求口腔颅颌面硬组织修复材料在恢复天然结构的基础上，通过优化自身理化性能赋予修复材料相应的机械性能与生物活性，从而实现解剖结构与生理功能双重修复的治疗目的，这是仿生支架材料研发的关键。
2. 1 骨组织功能仿生
2. 1. 1 功能仿生基础——组分仿生
在模拟天然骨组织结构的基础上，通过支架组分仿生实现功能改性，构建有利于引导组织再生的微环境是功能仿生的基石。以仿骨松质为基础，利用选择性激光熔融技术制备的部分降解型钛镁复合材料；体内植入研究显示，钛支架提供支撑，镁降解伴随新骨形成长入，显示出理想的成骨效果。研究显示，以HA为主要组分的生物陶瓷涂层具备良好的生物相容性。
仿生支架中引入钙磷成分在
2. 1. 2 功能仿生桥梁——力学适配
在对微观结构做到“形似”的基础上，开发匹配天然骨组织机械性能的多孔支架成为研究重点。研究表明，具有小梁结构的钛合金支架可向骨组织传导生物力学刺激；同时，仿生梯度孔隙支架可与骨皮质、骨松质实现力学性能匹配，从而改善缺损部位的愈合效果。此外，增材制造技术通过调控多孔结构、孔径等参数实现机械性能优化，为生物力学匹配的仿生支架设计提供了可行方案。
以CAD 算法构建的三周期极小曲面（triplyperiodic minimal surface，TPMS）仿生多孔结构可实现骨组织力学适配，TPMS结构设计与仿生拟合在生物力学匹配、促进组织再生方面具有广阔前景。
2. 1. 3 功能仿生关键——细胞感知
实现组织功能仿生的关键在于材料是否能融入缺损环境并引导组织再生。研究表明，材料表面形貌可通过影响细胞形态及细胞行为形成骨诱导微环境。细胞通过感知周围环境的微结构、刚度等理化刺激，重塑细胞骨架和激活下游信号，从而控制细胞的迁移、分化，实现细胞成骨微环境的构建与成骨向分化。组织内的巨噬细胞同样能够感知细胞外基质的力学机械刺激，通过细胞骨架重塑影响组织修复进程。
Gu等揭示了肝脏细胞外骨架与肝细胞生长因子受体（mesenchymal-epithelial transition factor，MET）的内在联系，并提出了MET信号诱导巨噬细胞促修复的代谢机制；该团队受此启发通过飞秒激光蚀刻和磺化，在聚醚酮酮（polyetherketoneketone，PEKK）表面制备仿生拓扑结构，其有效激活了MET信号，并通过代谢重编程调动巨噬细胞抗炎储备，促进骨再生。神经支配是骨感知与骨结合的基石，Qin等构建了一种模拟神经刺激的内源性导电水凝胶，神经组织再生的同时释放神经肽，促进支架周围的骨结合与骨再生。
Yu等阐明了利用材料物理特性介导下的干细胞共识性调控规律，提出了界面基团蛋白吸附、蛋白多型功能结构、细胞骨架靶向干预干细胞命运的三段式作用体系生物材料，揭示了材料物理性征对干细胞命运的可能影响。应用4D打印技术将排列整齐的干细胞片镶嵌于可形变的水凝胶中，利用可调的物理信号模拟天然各向异性的骨膜结构，可促进局部血管化、成骨细胞募集和细胞外基质矿化。上述研究针对细胞生物学行为构建细胞可感知的微环境，以实现引导组织修复与再生。若能阐明组织修复的关键机制并辅以材料制备工艺，细胞感知将有望成为未来仿生材料设计与改性的指导方向。
2. 2 牙体组织功能仿生
2. 2. 1 功能仿生前提——生物矿化
生物矿化与仿生策略为恢复天然牙体组织提供了可能性。生物矿化是生物体在多种生物因素作用下对无机矿物质的成核、组装、生长的调控，最终与有机基质结合形成矿化组织的过程。以牙釉质为例，矿化过程由釉质基质蛋白及钙、磷离子构成矿化前体，随后组装形成高度有序排列的羟磷灰石晶体结构。因此，再现牙体组织形成的生物矿化过程对牙体缺损治疗具有重要意义。Jiao等进行了生物矿化机制及转化研究；该团队先后阐明了胶原纤维内矿化的潜在机制，明确了细胞外DNA参与病理矿化的进程；在此基础上创新性地提出了核酸仿生矿化材料策略，并将其应用于牙釉质修复，为仿生矿化及牙釉质再生提供了新策略。
2. 2. 2 功能仿生要点——力学特性
自然界生物进化形成的独特结构为高韧、高强度材料设计拓宽了研发思路。天然贝壳兼具光学性能与可加工性，以此为原料研发的仿生牙冠材料展现出良好的美学和抗菌性能。以仿天然贝壳制备的“砖-泥”结构的陶瓷-树脂复合材料，其力学性能与人牙本质接近，弯曲强度满足单冠修复要求，并通过诱导裂纹发生偏转、分叉、桥连阻碍其扩展，提高材料韧性。仿珍珠板层状“砖-泥”微结构的氧化锆树脂仿生牙冠材料具有与牙釉质类似的弹性模量、高抗断裂性能及可切削性能，有望成为出色的数字化仿生牙冠修复材料。
3. 小结与展望
口腔颅颌面硬组织缺损修复材料几经更迭，已从组分、理化性能及生物相容性等多方位向天然硬组织靠近。随着CAD和精密增材制造技术的发展，硬组织仿生支架从最初粗略模仿天然组织形态到如今可实现精准控制材料表面形貌与内部微观结构，而如何将仿生支架的结构功能一体化是未来研发的重要方向。
口腔颅颌面硬组织具有独特的生物学特性和复杂的再生过程。为恢复天然组织外形与生理功能的目的，近年来仿生支架材料设计思路逐渐聚焦于组织内源性再生。即通过仿生策略构建可供细胞感知的材料体系，重塑缺损部位微环境并诱导募集干细胞，进而通过级联效应激发内源性再生机制，以促进组织修复与再生。
因此，如何实现微环境中细胞与仿生支架的有效交互，如何明确引导组织再生的关键机制，如何实现组织细胞学与生物力学完美融合将是该领域面临的重要挑战。基于仿生策略的修复材料的开发与转化研究将为口腔颅颌面硬组织缺损修复材料的临床应用提供更多可能。临床疗效是仿生材料的试金石，开展前瞻性的临床研究势在必行，也是推进新型口腔修复材料应用的核心问题。
来源：王业元,林洋洋,王舒泽,等.基于口腔颅颌面硬组织修复应用的仿生材料研究进展[J].中国实用口腔科杂志,2025,18(01):20-26.DOI:10.19538/j.kq.2025.01.004.
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