浙大口腔醫(yī)學(xué)院：生物3D打印在牙科組織工程的最新進(jìn)展

來(lái)源：EngineeringForLife

由創(chuàng)傷、細(xì)菌感染、顱面腫瘤和發(fā)育障礙引起的牙齒和牙齒缺陷的恢復(fù)和功能重建，是目前臨床的主要挑戰(zhàn)之一。牙科組織再生工程具有巨大的治療潛力，可恢復(fù)天然牙齒的性能。生物3D打印技術(shù)提供了對(duì)支架孔徑，形狀和連通性的精確控制，從而創(chuàng)建了具有多個(gè)孔隙空間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。此外，它們?cè)试S多種生物材料的分層分布促進(jìn)各種組織的協(xié)同再生。

近日，來(lái)自浙江大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院陳卓/吳文治等人對(duì)生物3D打印技術(shù)在牙科組織工程和再生領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)綜述，主要探討了3D打印技術(shù)在牙科組織再生中的最新進(jìn)展、面臨的挑戰(zhàn)以及未來(lái)發(fā)展方向。文章首先介紹了牙齒的生理結(jié)構(gòu)和功能，以及牙科組織損傷后的修復(fù)機(jī)制，隨后詳細(xì)討論了3D打印技術(shù)的類(lèi)型、牙科組織工程支架的性能要求，以及3D打印在牙科組織再生中的具體應(yīng)用案例，包括牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓和牙根的再生。

相關(guān)綜述文章以“Advances in 3D Bioprinting of Scaffolds for Dental Tissue Engineering and Regeneration”為題于2025年4月15日發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

圖1 用于牙科組織工程和再生的支架的3D打印概述

1.牙齒生理的基本原理
作者首先介紹了牙齒的生理結(jié)構(gòu)和功能，包括牙齒的組成、自然組織修復(fù)機(jī)制以及牙科修復(fù)的臨床材料（圖2）。牙齒的結(jié)構(gòu)包括牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙骨質(zhì)和牙髓四個(gè)部分，介紹了它們的主要組成、功能及相互作用。作者進(jìn)一步討論了牙齒損傷后的修復(fù)過(guò)程，指出牙釉質(zhì)無(wú)法再生，而牙本質(zhì)可以通過(guò)牙髓-牙本質(zhì)復(fù)合體的反應(yīng)性修復(fù)來(lái)形成新的牙本質(zhì)。牙科修復(fù)材料，如樹(shù)脂修復(fù)材料、牙髓蓋藥劑、牙髓再血管化材料和牙種植體等，這些材料雖然在一定程度上恢復(fù)了牙齒的形態(tài)和功能，但無(wú)法完全復(fù)制天然牙齒的結(jié)構(gòu)和功能。因此，組織工程學(xué)成為牙科組織再生的有前途的方法。

圖2 牙科結(jié)構(gòu)，臨床修復(fù)程序和自我修復(fù)過(guò)程

2.生物3D打印技術(shù)
在此部分，作者簡(jiǎn)單介紹了生物3D打印技術(shù)在牙科組織再生中的應(yīng)用，包括常見(jiàn)的3D生物打印方法（如噴墨打印、激光輔助打印和擠出式打印）及其特點(diǎn)。噴墨生物打印通過(guò)壓電或熱驅(qū)動(dòng)噴嘴噴射生物墨水，具有高分辨率和低成本的優(yōu)點(diǎn)，但受限于生物墨水的低濃度和粘度。激光輔助生物打印通過(guò)激光脈沖轉(zhuǎn)移生物墨水，避免了噴嘴堵塞，支持高粘度生物墨水和高細(xì)胞密度，但成本較高。擠出式生物打印是最廣泛使用的生物打印技術(shù)，通過(guò)機(jī)械或氣動(dòng)壓力擠出生物材料，具有非熱過(guò)程、易于整合細(xì)胞和生物活性成分的特點(diǎn)。此外，還介紹了新興的生物打印技術(shù)，如立體光刻（SLA）和雙光子聚合（TPP），這些技術(shù)具有高精度和快速打印速度，但在牙科組織工程中的應(yīng)用仍需進(jìn)一步探索。

3.牙科組織再生中的生物打印
接著，作者總結(jié)了生物3D打印技術(shù)在牙科組織再生中的應(yīng)用，包括牙科組織工程支架的生物特性、機(jī)械特性以及3D生物打印在牙科組織再生中的具體應(yīng)用案例。理想的牙科組織工程支架需要具備生物相容性、生物活性和可控的生物可降解性，以促進(jìn)硬組織或軟組織的再生。此外，支架材料需要具備適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能和強(qiáng)度，以適應(yīng)植入部位的組織。作者列舉了牙科組織和牙齒根/牙齒再生的最新案例（圖3-5）。

圖3 不同生物打印技術(shù)用于牙科組織工程

圖4 牙科組織的血管化再生

圖5 用于口腔治療的個(gè)性化再生

綜上，生物3D打印技術(shù)在牙科組織再生領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，能夠制造出具有生物活性和機(jī)械性能的復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。該技術(shù)通過(guò)精確控制細(xì)胞、生物材料和生物活性因子的分布，成功實(shí)現(xiàn)了牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙骨質(zhì)和牙髓等牙科組織的再生。

盡管生物3D打印技術(shù)在牙科組織再生中取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨一些挑戰(zhàn)：

（1）生物打印支架的治療結(jié)果缺乏一致性和可重復(fù)性，這主要是由于植入支架與牙科缺陷部位微環(huán)境之間相互作用的機(jī)制尚不清楚；

（2）目前的生物打印技術(shù)在精確模擬天然牙科組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)方面仍存在困難，例如難以完全復(fù)制牙釉質(zhì)的納米級(jí)棒狀結(jié)構(gòu)；

（3）生物打印的牙髓組織在與炎癥環(huán)境的整合方面也面臨挑戰(zhàn)。

未來(lái)的研究需要進(jìn)一步探索生物打印支架與宿主組織之間的相互作用機(jī)制，并建立標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估協(xié)議。此外，臨床前和臨床評(píng)估對(duì)于生物3D打印牙科組織的成功應(yīng)用至關(guān)重要。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入，生物3D打印有望在牙科再生醫(yī)學(xué)中發(fā)揮更大的作用，為患者提供更有效的治療方案。

參考資料：https://doi.org/10.1002/adfm.202505258