原創 凍凍小果 ChipL Studio 2023-07-30 21:19 發表於北京

寫這一篇的原因是因爲小編上周去洗牙，洗前洗後那種變化，還有自己牙齒所遇到的問題，讓我覺得牙齒保護，從現在做起是很必要的，建議大家每年都能去洗一次牙，這樣，老了，想喫大棒骨，也能啃得下。

來來來，在介紹牙齒芯片之前我們得先來了解下牙齒的結構：

圖片

首先你的牙齒有多堅固？那厚厚的表面有光澤的牙釉質就是你啃硬骨頭的必備武器，是牙齒中最堅硬的部分，主要由羥基磷灰石組成，裏面沒有細胞，完全覆蓋整個牙冠，完整的保護了牙本質。

其實也不是無堅不摧的，不然怎么那么多人都會牙痛或有牙科疾病。牙釉質一旦被磨損或侵蝕就不會再生。所以要好好保護，不能經常啃硬骨頭。

牙釉質下面一層是“較軟”的牙本質，但這玩意也比骨頭硬，主要由磷灰石結晶組成，你感受到的牙齒酸爽等一系列的理化刺激就是通過牙本質小管中的牙本質細胞傳遞給牙本質小管中的神經所造成的。

所以洗完牙後的感覺酸爽的原因就是牙結實被清除，牙齦和牙本質中的空隙，有些牙本質部分暴露所導致的。此時此刻，牙齒敏感的小編就需要一款專業修復的牙膏來解決，看了好多牙膏，最終斥巨資選擇了葛蘭素史克家（GSK）的舒適達專業修復Novamin抗敏牙膏。

爲此我還專門查了一下Novamin技術：其實就是磷硅酸鈉鈣，這東西能夠促進完全脫礦的牙本質表面再礦化，形成類似牙本質羥基磷灰石的晶體結構，就像是手機貼了膜、牆面刷了漆、冬天的你帶了手套一樣，給你保護，給你溫暖。

圖片

有牙齒敏感的小夥伴可以去試試，貴是真的貴啊，但真的挺管用（親測有效，使用一周後的感受），注意：你要是牙齒沒啥敏感，用這牙膏和用最便宜牙膏沒啥兩樣。

講完牙齒的結構，我們言歸正傳：

大家知道嘛，在治療牙科疾病，如齲齒或敏感性，需要將生物材料直接塗抹在牙齒表面形成的空腔上。

通常，這種方式會涉及到將生物材料附着在牙本質上——牙釉質下方的鈣化組織。

因此，就在牙科護理過程中就存在一個問題：所採用的生物材料如果通過牙本質小管擴散到牙髓中，是否會對牙髓細胞造成一定的毒性，或不同的生物材料在牙齒生物相容性怎么樣？

雖然現在有好多的方法都可以研究牙科材料在牙髓細胞上的生物相容性和細胞毒性，如細胞培養、Hume模型、體外牙髓室、牙本質屏障試驗、或體內模型像動物切片、人類牙齒培養等。

但在生物材料長時間接觸牙齒細胞時，這些模型很難直接觀測（如活細胞成像）或控制牙齒內部細胞所發生的形態學和代謝狀態。而這些包含牙齒對不同材料的反應信息卻是在後續牙科護理選擇生物材料時最至關重要的信息。

因此，开發一個可以模擬牙科材料與牙髓之間界面的平台來解決上述的問題是很有必要的。這不，器官芯片就派上用場了！

圖片

2020年，來自Lab Chip的一篇文章《The tooth on-a-chip:a microphysiologic model system mimicking the biologic interface of the tooth with biomaterials》就利用器官芯片技術开發了牙齒芯片（牙髓-牙本質-生物材料界面）來測試牙髓細胞對不同牙科材料如磷酸、粘合劑等的實時反應。

該團隊同時比較了在芯片內和ISO體外模型下，牙髓細胞暴露在生物材料下的細胞毒性、代謝活性和形態變化。最終證明這種包含牙髓-牙本質-生物材料界面的復雜性的牙齒芯片，不僅能提供一個可實時可視化的牙齒芯片模型，而且還能實時評估牙髓細胞對生物材料的反應。這是之前模型所做不到的事情。

那他們具體是怎么做的？聽我細細道來。

圖片

首先，他們通過PDMS材料來進行牙齒芯片模型的制造和構建，紅色爲牙髓細胞區域，綠色爲生物材料的腔體，兩者之間用牙本質來充當半透膜。

圖片

如上圖所示，該團隊選用SCAPs細胞（Stem cells from apical papilla），因爲該細胞具有高增值率，並且在體外可以分化爲牙本質譜系細胞並形成牙本質-牙髓樣的復雜體系，對該牙齒芯片進行實時活細胞成像發現，在24h後牙髓細胞就可以形成完整的單層，同時形態也發生了改變，從圓形或遊離態到附着態，並在8h後附着在牙本質上，同時細胞活力接近100%。

圖片

接下來通過向牙齒芯片的綠色腔體加入生物材料（20mM HEMA，一種醫用高分子材料單體）發現經歷10min-1h後，幾乎所有的細胞都無法存活。

圖片

緊接着，該團隊通過延時攝影探究了35%的磷酸（醫學上用作牙科的膠黏劑）對牙本質在86秒內的酸蝕刻過程，A-D顯示了酸與牙本質相互作用的實時圖像。

圖片

與此同時，在上圖中，E-L顯示了低光強下，相同的牙本質酸蝕刻過程，I-L可以明顯的看到單層細胞的收縮。通過紅色星號的標記參考，可以監測出細胞在86秒內移動了約50m的距離。

圖片

該團隊通過牙齒芯片測試不同牙科生物材料（HEME、35% 磷酸、Single bond-單鍵粘合劑）在不同時間的差異，發現芯片可以實時監測不同材料對牙本質和牙髓細胞的狀態，如細胞數量、形態、細胞活力、代謝能力等。

圖片

我們知道，牙齒修復的最終質量和壽命在很大程度上依賴於牙科材料處理後的混合層的完整性，但牙髓細胞在酸或單鍵粘合劑的刺激下會釋放基質金屬蛋白酶（MMPs），這種蛋白酶會加速混合層的降解，從而導致牙齒修復失敗。

因此，爲了評估牙髓細胞釋放的MMPs在牙科材料治療後對混合層的降解程度，該團隊利用牙齒芯片研究了在有無細胞的狀態下，48h後的芯片上凝膠分解的活性，發現這種凝膠分解的活性僅發生在有細胞的芯片中。說明該牙齒芯片也可以用來評估牙科材料後續的質量和壽命。

圖片

總而言之，牙齒芯片這一新穎的器官芯片平台，可以有效模擬牙髓-牙本質-生物材料界面的近生理環境。應用層面，不僅能實時活細胞成像監測和評估生物材料對牙髓細胞或牙本質的反應，還能有效評估牙科生物材料的質量和壽命。

但在小編看來，該牙齒芯片爲靜態培養，在後續研究中，應考慮流體微環境的作用。而該項研究也僅僅是牙齒芯片的初級階段，因爲牙齒可沒有這么簡單，未來如何在該芯片基礎上加入功能性毛細血管、免疫細胞、神經細胞，並在監測系統上加入相應的生物傳感器，才是牙齒芯片在未來的迭代策略，只有這樣，牙齒芯片才能算得上的牙科護理的未來。

參考文獻：

Lab Chip. 2020 January 21; 20(2): 405–413

DOI：10.1039/c9lc00915a.

$康拓醫療(SH688314)$  $醫療器械(BK1041)$  $國產芯片(BK0891)$  

本文作者可以追加內容哦 !