鲁汶大学：3D打印可实现牙齿再生

3D打印可实现牙齿再生？是的，你没听错，来自比利时鲁汶大学的一组研究人员已经迈出了这一步。2021年5月12日，南极熊获悉，他们使用3D打印技术成功实现了让牙齿从牙龈根部长出来的再生奇迹。

由外伤和发育异常引起的不良牙齿状况通常会影响发育中的恒牙，特别是针对儿童人群，会导致牙齿周边组织脱落，甚至整颗牙齿脱落。为了解决这个问题，研究人员通过组织生物工程化造出了新“牙根”，这也使得牙科组织工程学成为一种潜在的修复、再生甚至牙齿替代的医学手段。

在他们的最新研究中，研究小组研究了从动物和真菌菌群中获得壳聚糖后，再进行3D打印支架，这些支架将来很可能应用到再生牙科中。

△支架的制造过程，图片来自KU Leuven

3D打印与再生医学

3D打印在再生医学中的作用仍处于起步阶段，尽管最近在该领域已取得了一些有希望的进展。

布法罗大学的科学家从人体组织生物打印的方面开始突破，开发出了一种快速的新型3D生物打印方法，旨在使已完全打印的人体器官更接近现实水平。隆德大学的研究人员则开发了一种新的可从海藻和肺中提取的3D打印“生物墨水”，可用于打印类似于人类呼吸道结构的组织，进而支持细胞和血管的生长。

3D打印机制造商OEM 3D Systems公司最近还宣布了其“从打印到浇注一体化”生物打印平台的突破，该平台现在能够快速生产出全尺寸，带血管的肺支架。此外，该公司正计划加大其在再生医学活动的资金投入。

最近，宾夕法尼亚州立大学的研究人员推出了一种3D生物打印工艺，该工艺能够同时打印硬组织和软组织，从而在一个步骤中完成皮肤和骨骼的损伤的同时修复。

尽管3D打印在牙科应用当中（例如定制的矫正器，永久性牙冠和牙科植入物）取得了巨大的进展，但针对牙科再生医学应用的发展却始终没有受到关注。令人兴奋的是，最近已经有研究人员在组织工程学和再生医学的方向展开了探索，用以替换有损伤和缺失的牙齿组织，并获得了鼓舞人心的结果，例如再生牙髓治疗过程。

该过程旨在修复或替换发炎或受损的牙髓（由活体结缔组织和细胞组成的牙齿中央部分），以恢复血管生成、免疫反应、神经连接和牙釉质处理，为牙釉质提供支撑牙齿的最大结构部件。

△SEM图像显示了支架的微观结构，图片来自KU Leuven

3D打印壳聚糖支架

研究人员认为，壳聚糖除了具有生物相容性，生物降解性和凝胶形成能力外，还具有抗菌和免疫调节特性，因此在牙科组织工程应用中受到了人们的广泛关注。壳聚糖部分多衍生自甲壳类动物的外骨骼，例如螃蟹和虾，真菌或昆虫。

该研究的实验过程选择了两种特定类型的壳聚糖：动物来源的壳聚糖和源自黑曲霉的真菌壳聚糖，黑曲霉是引起黑霉病的常见真菌。明胶粉被用作附加聚合物，而Genipin和3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）则被用作交联剂。

壳聚糖基支架是通过乳液冷冻干燥技术制备的，该技术涉及到通过CAD软件设计出尺寸合适尺的模具，再使用Polyjet 3D打印机打印出来。随后制备好聚合物溶液，并将其分配在模具中，将其放置在干冰中进行定向冷冻以获得具有径向取向的孔结构。

将模具冷冻干燥24小时后脱模，获得最终的支架。虽然这一次打印的仅是基本模具，但3D打印允许设计和制造患者牙齿专用的模具，因此也可以设计和生产支架。
本实验的特别之处在于对真菌衍生的壳聚糖支架进行了探索，用以降低其发生变性反应风险，从而兼备低分子量和增强抗菌性能的理想特性。人们普遍认为，通过研究支架在不成熟牙齿的无细胞再生牙髓环境中的生长，进而控制它的感染，诱导牙本质形成和牙根形成，具有很现实的直接临床应用意义。

△支架的生物活性数据，表现出高水平的钙磷沉积特征，图片来自KU Leuven

研究人员还认为，可以通过添加无机成分（如生物活性玻璃）来促进牙槽骨再生，从而对定制的支架进行改性。牙槽骨是位于人的颌骨上的包含牙槽的厚骨脊。
在未来，该团队仍将致力于深入了解干细胞和免疫细胞对支架的反应，以优化其在牙科组织工程中的应用。

有关该研究的更多信息，请参见发表在《European Cells and Materials journal.》上的论文“3D printing assisted fabrication of chitosan scaffolds from different sources and cross-linkers for dental tissue engineering”。 该论文由M. EzEldeen，J.Loos，Z，Mousavi Nejad，M.Cristaldi，D.Murgia，A.Braem和R.Jacobs合著。

论文DOI：10.22203/ECM.V041A31