3D打印骨支架實(shí)現(xiàn)梯度密度頜骨功能性重建

來源： 欣博盛生物

近期，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院謝志堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)化學(xué)系唐睿康教授團(tuán)隊(duì)、機(jī)械工程學(xué)院賀永教授團(tuán)隊(duì)合作，在期刊Advanced Functional Materials（IF=19）上發(fā)表了題為“A Hierarchical 3D Graft Printed with Nanoink for Functional Craniofacial Bone Restoration”的文章。通過深入剖析頜骨組織與長骨組織在結(jié)構(gòu)上的異同，明確頜骨在生理過程中的特殊的解剖基礎(chǔ)，并根據(jù)現(xiàn)有研究制備了一種新型功能化納米墨水，并通過光固化3D打印技術(shù)制造了具有天然頜骨微結(jié)構(gòu)的仿生骨支架，為未來研發(fā)具有生理功能的骨移植體提供了新的思路。

文獻(xiàn)中引用產(chǎn)品
該項(xiàng)研究中使用了欣博盛生物（NeoBioscience Technology Co, Ltd）的QuantiCyto® Human BMP-2 ELISA kit與QuantiCyto® Rat VEGF ELISA kit，用于評估不同GelMA-CPO組BMP-2的釋放行為及檢測骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)上清中VEGF濃度。

研究詳情
臨床的顱面骨缺陷通常采用骨移植的方式進(jìn)行治療，為避免自體和異體移植的諸多缺點(diǎn)，造骨異體移植（Bio-Oss）逐漸流行起來。為了設(shè)計(jì)出更多合適的仿生骨，近年來，生物3D打印技術(shù)的興起為個性化修復(fù)骨缺損提供了有利的條件。

然而，3D打印技術(shù)相關(guān)研究主要是針對長骨進(jìn)行設(shè)計(jì)的，相比之下，具備更復(fù)雜的咀嚼功能的頜骨研究甚少。頜骨組織工程支架的設(shè)計(jì)不僅要考慮高效的骨誘導(dǎo)性能，還需恢復(fù)天然頜骨微結(jié)構(gòu)以適應(yīng)生理性咬合負(fù)荷�，F(xiàn)有的骨組織工程支架大多強(qiáng)調(diào)骨量的再生，而忽略了功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)重建。

頜骨擁有典型的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，分別具有一定的生理學(xué)功能；因此，研究團(tuán)隊(duì)將骨形成蛋白（BMP-2）與超小磷酸鈣低聚物（CPO）加入3D打印所用墨水中，通過靜電作用和配位鍵的結(jié)合實(shí)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)復(fù)合納米墨水的構(gòu)建，機(jī)械性能與降解速度均有優(yōu)化，利用高精度投影式光固化3D打印技術(shù)構(gòu)建仿生骨支架。經(jīng)驗(yàn)證，這種支架的性能和精度均優(yōu)于傳統(tǒng)的無定形磷酸鈣墨水打印產(chǎn)物。

由骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)體系的ELISA結(jié)果可見，細(xì)胞培養(yǎng)上清中存在高濃度的血管內(nèi)皮生長因子（VEGF），因此，研究人員嘗試將其上清與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，結(jié)果顯示該上清液不僅能誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成，且該誘導(dǎo)能力具有濃度依賴性。RNA-Seq結(jié)果進(jìn)一步揭示該復(fù)合材料能上調(diào)多個成骨功能相關(guān)基因表達(dá)，GO分析顯示多個成骨相關(guān)生物學(xué)過程激活，KEGG結(jié)果顯示ECM-receptor interaction、PI3K-AKT信號通路和focal adhesion通路富集，并以此探索了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料誘導(dǎo)成骨的機(jī)制。

通過家兔頜骨缺損模型證實(shí)，該3D打印的仿生骨支架能高效誘導(dǎo)新骨的生理性重建，并且降解速度與再生速度匹配。與口腔臨床最為主流的骨修復(fù)產(chǎn)品Bio-Oss骨粉相比，由Bio-Oss骨粉誘導(dǎo)的新骨組織雖然密度較高，但缺乏典型的皮質(zhì)-松質(zhì)樣密度梯度結(jié)構(gòu)，不利于生理功能的進(jìn)行。與之對應(yīng)的，分層的、具有良好生物相容性的仿生骨支架能夠較為理想地解決具有復(fù)雜咀嚼功能的頜骨缺損再生修復(fù)問題，為其行使正常咀嚼功能、確保遠(yuǎn)期治療效果提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該功能為導(dǎo)向的組織工程策略為功能化再生醫(yī)學(xué)提供了新思路，目的是在臨床應(yīng)用中產(chǎn)生更好的效果。


文獻(xiàn)引用
Shi Y, Shi J, Sun Y, et al. A Hierarchical 3D Graft Printed with Nanoink for Functional Craniofacial Bone Restoration[J]. Advanced Functional Materials, 2023: 2301099.