魯汶大學：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成為一種潛在的修復、再生甚至牙齒替代的醫(yī)學手段。

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，再進行3D打印支架，這些支架將來很可能應用到再生牙科中。

△支架的制造過程，圖片來自KU Leuven

3D打印與再生醫(yī)學

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

布法羅大學的科學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構的組織，進而支持細胞和血管的生長。

3D打印機制造商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)學活動的資金投入。

最近，賓夕法尼亞州立大學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。

盡管3D打印在牙科應用當中（例如定制的矯正器，永久性牙冠和牙科植入物）取得了巨大的進展，但針對牙科再生醫(yī)學應用的發(fā)展卻始終沒有受到關注。令人興奮的是，最近已經(jīng)有研究人員在組織工程學和再生醫(yī)學的方向展開了探索，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果，例如再生牙髓治療過程。

該過程旨在修復或替換發(fā)炎或受損的牙髓（由活體結締組織和細胞組成的牙齒中央部分），以恢復血管生成、免疫反應、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構部件。

△SEM圖像顯示了支架的微觀結構，圖片來自KU Leuven

3D打印殼聚糖支架

研究人員認為，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用中受到了人們的廣泛關注。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制備的，該技術涉及到通過CAD軟件設計出尺寸合適尺的模具，再使用Polyjet 3D打印機打印出來。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行定向冷凍以獲得具有徑向取向的孔結構。

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打印允許設計和制造患者牙齒專用的模具，因此也可以設計和生產(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行了探索，用以降低其發(fā)生變性反應風險，從而兼?zhèn)涞头肿恿亢驮鰪娍咕�性能的理想特性。人們普遍認為，通過研究支架在不成熟牙齒的無細胞再生牙髓環(huán)境中的生長，進而控制它的感染，誘導牙本質(zhì)形成和牙根形成，具有很現(xiàn)實的直接臨床應用意義。

△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

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

有關該研究的更多信息，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