牙釉质是覆盖牙齿表面的坚硬组织,一旦磨损或溶解就无法自行再生。英国诺丁汉大学等国际研究团队在2025年11月发表于国际学术期刊《自然·通讯》的研究中,将模拟牙釉质生长过程的人工蛋白质涂覆在拔除的人类牙齿表面,成功恢复了磨损部位的结晶结构乃至硬度(强度)。不过,这一结果目前仅在实验室中针对拔除的牙齿得到确认,尚未在活体口腔内验证。
牙釉质为何无法自行恢复
牙釉质是在牙齿萌出时,由成釉细胞分泌一种叫成釉蛋白的蛋白质而形成的。这种蛋白质形成网状支架,按特定方向将磷酸钙结晶紧密堆叠起来,使牙齿表面成为人体最坚硬的组织。问题在于,牙齿完全长出、萌入口腔之后,成釉细胞便会消失。此后即便因酸性食物、胃酸或不当刷牙方式导致牙釉质磨损或酸蚀,身体也无法将其重新填补。目前牙科采用的涂抹或填充治疗敏感牙齿正是出于这个原因,这类方法只是在磨损表面覆盖其他材料或封堵暴露的通道,并不能按原有结构重新生成牙釉质本身。也有人尝试从牙本质角度解决牙齿敏感问题,重新生成牙本质的多肽就是通过唤醒休眠细胞来生成新牙本质。而这次的牙釉质技术不同之处在于,不依赖细胞,仅靠蛋白质和矿物质就能重新构建结构。
完全模拟生长过程的人工蛋白质
研究团队设计出一种作用方式与成釉蛋白相似的人工蛋白质,即类弹性蛋白重组蛋白(ELR)。将这种蛋白质与钙离子混合后涂抹在牙齿表面并晾干,它会像成釉蛋白一样自组装成细长的纤维结构。把这种纤维支架浸入溶有磷酸钙和氟化物的矿化溶液中,就会沿着牙齿残留结晶的原有方向,生长出与牙釉质相同的磷酸钙结晶。由于矿物质并非随机堆积在表面,而是沿原有结晶的晶格方向延续附着,研究团队将这一过程称为结晶延续生长的“外延生长”。用酸处理并冲洗牙齿后涂抹该溶液并晾干,整个过程只需3~4分钟,与牙科常规诊疗步骤的时间相符。
磨损深度不同,长出的结构也不同
研究团队在磨损程度不同的三个部位分别涂覆了这种涂层:最外侧的薄层、内侧由柱状结晶束组成的层,以及牙釉质完全消失、内部牙本质完全暴露的部位。将样本浸入矿化溶液十天后,三个部位都长出了厚度达2~10微米(不到头发丝直径的十分之一)、并保留该部位特有结晶排列方式的新矿化层。经酸蚀后硬度降至1.1吉帕的牙釉质,涂层处理后恢复到3.1吉帕,接近原始牙釉质的3.4吉帕。在完全暴露的牙本质上生长出的层,弹性(刚度)升至与天然牙釉质相近的水平(58.3吉帕),但硬度为1.4吉帕,低于天然牙釉质的常见范围(2.5~4吉帕)。研究团队认为,这是由于新生结晶的排列方向与天然牙釉质不同所致。
咀嚼、刷牙、接触酸性物质后结构依然稳固
研究团队还测试了这种再生层能否承受真实口腔环境的考验。即便施加相当于使用电动牙刷一年的磨损,微观结构也没有崩溃;施加相当于三年半咀嚼研磨力度的负荷时,磨损程度也只与天然牙釉质相近。在牙本质上生长出的层甚至比未经处理的牙本质磨损更少。将样本浸入醋酸度相当的溶液中时,再生层维持硬度的能力优于天然牙釉质,研究团队分析认为这是涂层中残留的氟成分所致。用三位不同受试者的唾液直接接触两周,也重现了相同的结果。不过,所有这些实验都是在取出口腔外的牙齿上进行的,研究团队也表示,在活体口腔内的验证仍是下一步课题。
这项研究首次在磨损程度各异的多个部位证实:无需细胞,仅靠模拟自然生长过程的蛋白质,就能同时恢复牙釉质的结晶结构和力学性能。与以往用涂层剂或填充材料覆盖表面的方法不同,这项技术能够重新生长牙釉质本身,研究团队认为这有望成为治疗牙齿酸蚀和牙齿敏感的下一步手段。