魯汶大學(xué)：3D打印可實現(xiàn)牙齒再生

3D打印可實現(xiàn)牙齒再生,？是的,，你沒聽錯,，來自比利時魯汶大學(xué)的一組研究人員已經(jīng)邁出了這一步。2021年5月12日,，南極熊獲悉,，他們使用3D打印技術(shù)成功實現(xiàn)了讓牙齒從牙齦根部長出來的再生奇跡。

由外傷和發(fā)育異常引起的不良牙齒狀況通常會影響發(fā)育中的恒牙,，特別是針對兒童人群,，會導(dǎo)致牙齒周邊組織脫落，甚至整顆牙齒脫落,。為了解決這個問題,，研究人員通過組織生物工程化造出了新“牙根”，這也使得牙科組織工程學(xué)成為一種潛在的修復(fù),、再生甚至牙齒替代的醫(yī)學(xué)手段,。

在他們的最新研究中，研究小組研究了從動物和真菌菌群中獲得殼聚糖后,，再進(jìn)行3D打印支架,，這些支架將來很可能應(yīng)用到再生牙科中。

△支架的制造過程,，圖片來自KU Leuven

3D打印與再生醫(yī)學(xué)

3D打印在再生醫(yī)學(xué)中的作用仍處于起步階段,，盡管最近在該領(lǐng)域已取得了一些有希望的進(jìn)展。

布法羅大學(xué)的科學(xué)家從人體組織生物打印的方面開始突破,，開發(fā)出了一種快速的新型3D生物打印方法,，旨在使已完全打印的人體器官更接近現(xiàn)實水平。隆德大學(xué)的研究人員則開發(fā)了一種新的可從海藻和肺中提取的3D打印“生物墨水”,，可用于打印類似于人類呼吸道結(jié)構(gòu)的組織,，進(jìn)而支持細(xì)胞和血管的生長。

3D打印機(jī)制造商OEM 3D Systems公司最近還宣布了其“從打印到澆注一體化”生物打印平臺的突破,，該平臺現(xiàn)在能夠快速生產(chǎn)出全尺寸,，帶血管的肺支架。此外,，該公司正計劃加大其在再生醫(yī)學(xué)活動的資金投入,。

最近，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員推出了一種3D生物打印工藝,，該工藝能夠同時打印硬組織和軟組織,，從而在一個步驟中完成皮膚和骨骼的損傷的同時修復(fù)。

盡管3D打印在牙科應(yīng)用當(dāng)中（例如定制的矯正器,，永久性牙冠和牙科植入物）取得了巨大的進(jìn)展,，但針對牙科再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用的發(fā)展卻始終沒有受到關(guān)注,。令人興奮的是，最近已經(jīng)有研究人員在組織工程學(xué)和再生醫(yī)學(xué)的方向展開了探索,，用以替換有損傷和缺失的牙齒組織,，并獲得了鼓舞人心的結(jié)果，例如再生牙髓治療過程,。

該過程旨在修復(fù)或替換發(fā)炎或受損的牙髓（由活體結(jié)締組織和細(xì)胞組成的牙齒中央部分）,，以恢復(fù)血管生成、免疫反應(yīng),、神經(jīng)連接和牙釉質(zhì)處理,，為牙釉質(zhì)提供支撐牙齒的最大結(jié)構(gòu)部件。

△SEM圖像顯示了支架的微觀結(jié)構(gòu),，圖片來自KU Leuven

3D打印殼聚糖支架

研究人員認(rèn)為,，殼聚糖除了具有生物相容性，生物降解性和凝膠形成能力外,，還具有抗菌和免疫調(diào)節(jié)特性，因此在牙科組織工程應(yīng)用中受到了人們的廣泛關(guān)注,。殼聚糖部分多衍生自甲殼類動物的外骨骼,，例如螃蟹和蝦，真菌或昆蟲,。

該研究的實驗過程選擇了兩種特定類型的殼聚糖：動物來源的殼聚糖和源自黑曲霉的真菌殼聚糖,，黑曲霉是引起黑霉病的常見真菌。明膠粉被用作附加聚合物,，而Genipin和3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）則被用作交聯(lián)劑,。

殼聚糖基支架是通過乳液冷凍干燥技術(shù)制備的，該技術(shù)涉及到通過CAD軟件設(shè)計出尺寸合適尺的模具,，再使用Polyjet 3D打印機(jī)打印出來,。隨后制備好聚合物溶液，并將其分配在模具中,，將其放置在干冰中進(jìn)行定向冷凍以獲得具有徑向取向的孔結(jié)構(gòu),。

將模具冷凍干燥24小時后脫模，獲得最終的支架,。雖然這一次打印的僅是基本模具,，但3D打印允許設(shè)計和制造患者牙齒專用的模具，因此也可以設(shè)計和生產(chǎn)支架,。
本實驗的特別之處在于對真菌衍生的殼聚糖支架進(jìn)行了探索,，用以降低其發(fā)生變性反應(yīng)風(fēng)險，從而兼?zhèn)涞头肿恿亢驮鰪?qiáng)抗菌性能的理想特性,。人們普遍認(rèn)為,，通過研究支架在不成熟牙齒的無細(xì)胞再生牙髓環(huán)境中的生長,，進(jìn)而控制它的感染，誘導(dǎo)牙本質(zhì)形成和牙根形成,，具有很現(xiàn)實的直接臨床應(yīng)用意義,。

△支架的生物活性數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出高水平的鈣磷沉積特征,，圖片來自KU Leuven

研究人員還認(rèn)為,，可以通過添加無機(jī)成分（如生物活性玻璃）來促進(jìn)牙槽骨再生，從而對定制的支架進(jìn)行改性,。牙槽骨是位于人的頜骨上的包含牙槽的厚骨脊,。
在未來，該團(tuán)隊仍將致力于深入了解干細(xì)胞和免疫細(xì)胞對支架的反應(yīng),，以優(yōu)化其在牙科組織工程中的應(yīng)用,。

有關(guān)該研究的更多信息，請參見發(fā)表在《European Cells and Materials journal.》上的論文“3D printing assisted fabrication of chitosan scaffolds from different sources and cross-linkers for dental tissue engineering”,。 該論文由M. EzEldeen,，J.Loos，Z,，Mousavi Nejad,，M.Cristaldi，D.Murgia,，A.Braem和R.Jacobs合著,。

論文DOI：10.22203/ECM.V041A31