随着上世纪80年代新一轮高等院校体制改革，众多原先独立设置的医科类院校纷纷选择与综合性大学或理工科大学进行合并。这一举措迅速推动了“医工结合”理念在科研院校中的普及和应用。历经四十年的不断探索与发展，“医工结合”已成为当今医疗创新领域不可或缺的重要组成部分。
在2024年第八届未来医疗生态展会——中国医工结合大会上，北京大学口腔医院主任医师卫彦教授便在主题演讲中，强调了医工交叉研究在解决临床实际问题中的关键作用，并深入探讨了“离子传导”牙齿疼痛的新机制，同时详细阐述了仿生材料在补牙和种植牙领域的应用进展。基于丰富的牙科临床研究经验，为未来牙科医疗技术的发展提供了新的思路与方向。
由于口腔医生的工作性质，其与医工结合具有紧密的联系。口腔医生并非以开刀或开具药物为主要治疗手段，而是凭借一双灵巧的手，结合多种先进的医疗器械和高质量的材料，对牙齿的缺损进行修复，以使其恢复正常的形态和功能，进而达到治疗效果。
然而，作为口腔医生也面临着诸多挑战。首先，当牙齿出现表浅缺损时，会引发难以忍受的疼痛感，而目前可用的止痛方法效果并不理想。其次，面对较大的牙齿缺损，需要进行补牙，但当前补牙材料的耐久性有待提高，补牙后材料经常脱落。最后，在牙齿完全缺失的情况下，患者需要进行种牙，但种植牙的寿命相对较短，无法与真牙相提并论。
因此，围绕临床瓶颈开展研究对于在口腔治疗领域取得更多的突破至关重要。
针对牙疼问题，目前市场上普遍采用的止疼方法主要是通过矿物盐堵塞牙本质小管，以此来隔绝外部刺激。
该治疗方法涉及的理论依据是“经典牙齿疼痛理论”，即由外界刺激引发牙本质小管内液体流动，机械力激发神经冲动导致牙齿疼痛。然而，这种方法的止疼效果往往十分短暂，无法长期缓解疼痛。
结合临床实际，北京大学口腔医院主任医师卫彦团队开始对牙齿疼痛机制进行深入研究，在探索过程中，意外地发现了过去未被注意到的牙齿内的管状结构。这些位于牙本小管壁与成牙本质细胞之间的特殊锥形孔道，具有三大显著特征：不对称锥形结构、纳米级的孔径以及富含负电荷。这些特点与细胞跨膜离子通道感知和响应外界刺激的方式极为相似。
也正是因此，团队产生了新的想法——牙齿就是一个大细胞，而牙本质小管就如同细胞内的跨膜离子通道，负责感知和传递外界的刺激信号。
为了验证这一猜想，团队在猪身上建立了牙齿敏感动物模型，并利用电化学工作站进行了一系列类似于细胞跨膜离子通道的研究。实验结果惊人地证实了该猜想：当在牙齿表面施加压力、酸碱或温度刺激时，牙齿内外侧之间产生了电流。这一发现表明，外部刺激实际上被牙齿编码成了电流信号，这些信号刺激神经，从而引发牙齿疼痛。
更令人振奋的是，团队基于理论模拟，构建了牙本质小管内的数字模型。在模型上施加不同的刺激后，发现牙本质离子电流的速度比传统理论认为的液体流速快三万倍以上，这种高速流动的离子电流能够迅速穿越牙本质小管，实现瞬间传感。
这一发现彻底改变了人们对牙齿疼痛刺激传递介质的认识，并为牙疼治疗提供了新的思路。
基于上述发现，卫彦教授团队提出了“离子传导”牙齿疼痛发生机制，颠覆了“经典牙齿疼痛理论”。
“经典牙齿疼痛理论”认为，牙齿疼痛是由外界刺激引发的液体流动导致的，而“离子传导”牙齿疼痛发生机制则认为疼痛是由外界刺激触发的离子流所引发的，这些离子流进而转化为电信号刺激神经。
此外，该理论能够充分解释特殊牙齿敏感症状。
例如，人们在吃菠萝时牙齿通常会感到敏感，即牙齿对酸的刺激反应更为强烈，而对碱的刺激反应相对较弱。这一现象在传统理论框架下难以得到合理的解释，因为按照基于液体传感的理论，无论是酸性还是碱性刺激，均是通过浓度梯度来驱动液体的流动，从而等量的酸碱应当产生等量的机械力。
然而，“离子传导”牙齿疼痛发生机制却能够为此提供合理解释。具体而言，等量的酸在牙本质小管内产生的阳离子通量是碱的两倍之多，因此产生的离子电流也显著增加，导致人们在摄入酸性食物时感到更强烈的疼痛。
大会上，卫彦指出作为临床医生，基础研究要始终围绕患者的实际需求展开。
基于“离子传导”理论，卫彦教授团队设计了阳离子水凝胶来堵塞牙本质小管，以控制离子信号的传递。这种水凝胶采用电荷互斥原理抑制离子信号，同时其多孔结构可防止被液压挤出，有效阻断外界刺激，显著降低神经动作电位，从而阻断疼痛的发生。目前，该产品已完成临床验证，并正处于二审阶段。
对于较大的牙齿缺损，传统的补牙材料往往强度低、韧性差，导致补牙后的牙齿力学性能不佳，脱落率高。究其根本原因，还是对牙齿基础结构功能不够了解，在补牙材料的研发上缺少理论依据。
为解决这一问题，卫彦教授深入解析了牙齿的结构，发现牙齿不仅由有序的晶体构成，还存在非晶成分。这些非晶成分在咀嚼过程中能够散射和衰竭应力，与晶体形成互补，共同提升牙齿的力学性能。基于这一发现，再与材料学家合作，利用仿生组装技术开发出一种新型仿生修复材料，实现强、硬的仿生修复。该材料在力学性能上与天然牙齿高度适配，已成功应用于“数字化补牙”的临床新路径。
对于完全缺失的牙齿，种植牙是一种常见的修复方式。然而，传统种植体与骨头的力学性能差异巨大，容易产生界面应力，导致骨吸收和种植体松动。为解决这一问题，卫彦教授亦提出了功能牙周膜的设计理念，通过理论模拟优选出非晶金属与柔性高分子的双向组分设计。这种设计能够缓冲应力，激活成骨信号通路，同时实现应力缓冲和骨结合，从而模拟天然牙周膜的功能。目前，该产品已获得相关产品的注册证。
总结来看，针对口腔临床面临的瓶颈问题，仍需从临床出发，结合理论研究，深入探究疾病发生的机制，发展出创新仿生修复技术和临床策略，解决临床堵牙、补牙、种牙瓶颈，最终提供技术和产品支持，从而有效突破现有临床操作的局限性。
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