海洋贻贝粘附蛋白涂层仿生矿化诱导裂纹牙体组织的自愈性修复

海洋贻贝粘附蛋白涂层仿生矿化诱导裂纹牙体组织的自愈性修复

创意人：李柏霖  学校：合肥七中  指导教师：朱奇 汤道兵  奖项：特等奖

科学假设提出的实际意义背景：

口腔临床中，牙隐裂综合征（从潜在裂纹发展到肉眼可见裂纹，附图1）是仅次于龋齿（虫牙）、牙周病（牙松动）导致牙齿拔出的第三大原因。其早期诊断相当困难，一般只有当发展到疼痛、咀嚼功能障碍、可见裂纹时才能确诊。目前的治疗措施主要采用人工材料修复，其治疗过程需要磨除大量健康牙体组织，导致牙齿活力丧失，而且所采用的人工材结构组成与天然牙齿结构有较大差异。即便如此其治疗的效果也不确定。因此，早期阻止牙裂纹扩展，利用机体自身矿物离子，通过生物矿化途径，诱导裂纹的自我愈合是牙隐裂修复的一条理想途径，更符合生物学原则。

图1.牙隐裂临床诊断图

科学假设提出的理论依据：

海洋贻贝分泌的粘附蛋白即使在有水的环境中也可以粘附于各种物体表面，且粘附强度较高(附图2)。贻贝粘附蛋白已经提纯，已经广泛地应用于材料表面改性涂层（Science 2007, 318: 426-430）。

图2.海洋贻贝分泌贻贝足粘附蛋白示意图

科学实验也已经证实贻贝粘附蛋白可以诱导矿化的进行（Adv Funct Mater 2010, 20 :2132-2139）。

自然界中，贻贝依靠其分泌的粘附蛋白牢固地粘附在礁石表面，在粘附蛋白的诱导下发生生物矿化，层层沉积，最终形成“礁石-贻贝”复合体（附图3），这是本假设的“灵魂”。

图3.天然海洋贻贝-礁石复合体照片

科学假设的内容：

受自然界贻贝生物粘附矿化形成“礁石-贻贝”复合体的启发，我们提出如下假设：将贻贝粘附蛋白涂布渗透到牙齿的裂纹中，通过其粘附作用将裂纹界面连接，然后摄取唾液以及牙齿内部体液中矿物离子（例如钙离子、磷酸根离子、氟离子等），通过仿生矿化的途径，形成像天然的“礁石-贻贝”复合体一样的“类似牙体组织结构。 从而，将牙齿裂纹由贻贝粘附蛋白所形成的“柔性连接”变成“刚性连接”，实现裂纹牙的自愈性修复（附图4）。

图4. 贻贝蛋白涂层仿生矿化诱导牙裂纹自愈性修复示意图

科学假设的创新与意义：

假设的提出将裂纹牙的治疗从被动的依赖人工材料进行的损伤性修复，转变为主动地诱导其自我修复策略，为裂纹牙的预防治疗提供了新的思路。

科学假设的验证：

假设的验证通过建立实验动物模型实现。在体外将获得的一定大小的牙齿薄片断裂。实验组牙片通过贻贝粘附蛋白将其粘结在一起，进一步将其用外科缝线扎紧，对照组只用缝线扎紧，不做贻贝粘附蛋白涂层。然后实验组、对照组牙片分别缝合在实验动物（如兔）口腔黏膜的两侧上。这样贻贝蛋白粘接的牙片就可以不断的从口腔唾液中摄取矿化离子，诱导矿化，从而将裂纹修复。通过一定时间后，取出牙片，通过电子扫描显微镜等观察裂纹愈合的形貌；通过X光衍射、红外光谱等可以确定裂纹愈合区的结构组成。因此，通过上述实验我们可以初步验证贻贝蛋白涂层是否可以诱导裂纹牙的自我修复。

本作品在科学性、口腔医学知识方面获得安徽医科大学口腔医学院教授、博士的指导；在资料查询、英文书写方面获得合肥市第七中学生物老师、英语老师的指导。