魯汶大學(xué)：3D打印可實(shí)現(xiàn)牙齒再生

3D打印可實(shí)現(xiàn)牙齒再生,？是的，你沒(méi)聽(tīng)錯(cuò),，來(lái)自比利時(shí)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(shí)現(xiàn)了讓牙齒從牙齦根部長(zhǎng)出來(lái)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(huì)影響發(fā)育中的恒牙，特別是針對(duì)兒童人群,，會(huì)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(gè)問(wèn)題,，研究人員通過(guò)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(dòng)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(lái)很可能應(yīng)用到再生牙科中,。

△支架的制造過(guò)程，圖片來(lái)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(kāi)始突破，開(kāi)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(shí)水平,。隆德大學(xué)的研究人員則開(kāi)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(lèi)似于人類(lèi)呼吸道結(jié)構(gòu)的組織,，進(jìn)而支持細(xì)胞和血管的生長(zhǎng),。

3D打印機(jī)制造商O(píng)EM 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(tái)的突破，該平臺(tái)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(jì)劃加大其在再生醫(yī)學(xué)活動(dòng)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(shí)打印硬組織和軟組織，從而在一個(gè)步驟中完成皮膚和骨骼的損傷的同時(shí)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(duì)牙科再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用的發(fā)展卻始終沒(méi)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(kāi)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(guò)程。

該過(guò)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(lái)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(lèi)動(dòng)物的外骨骼，例如螃蟹和蝦,，真菌或昆蟲(chóng),。

該研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程選擇了兩種特定類(lèi)型的殼聚糖：動(dòng)物來(lái)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(jiàn)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(guò)乳液冷凍干燥技術(shù)制備的,，該技術(shù)涉及到通過(guò)CAD軟件設(shè)計(jì)出尺寸合適尺的模具,，再使用Polyjet 3D打印機(jī)打印出來(lái)。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(shí)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(jì)和制造患者牙齒專(zhuān)用的模具，因此也可以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)支架,。
本實(shí)驗(yàn)的特別之處在于對(duì)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(xiǎn)，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(guò)研究支架在不成熟牙齒的無(wú)細(xì)胞再生牙髓環(huán)境中的生長(zhǎng),，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(shí)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(lái)自KU Leuven

研究人員還認(rèn)為,，可以通過(guò)添加無(wú)機(jī)成分（如生物活性玻璃）來(lái)促進(jìn)牙槽骨再生,，從而對(duì)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(lái),，該團(tuán)隊(duì)仍將致力于深入了解干細(xì)胞和免疫細(xì)胞對(duì)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(qǐng)參見(jiàn)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