本帖最后由 warrior熊 于 2023-7-26 18:22 编辑
导读：近年来，生物工程与3D打印的结合给医学领域带来了许多突破性的进展，这些技术在骨再生领域同样展现出来巨大的应用潜力。人体骨骼具有一种独特的特性，即压电性，使它们在受到压缩或拉伸时能够产生电荷。压电现象对于骨修复、促进细胞代谢和新骨形成起着至关重要的作用。然而，目前的增材制造支架主要侧重于仿生拓扑结构和力学微环境的重建，而忽视了骨再生中至关重要的电微环境（EM）。
2023年7月26日，南极熊获悉，近日发表在《International Journal of ExtremeManufacturing》期刊上的一项开创性研究揭示了 3D/4D 打印生物压电支架的前景，为下一代骨组织工程提供了一种变革性方法。相关论文题为“3D/4D printed bio-piezoelectric smart scaffolds for next-generationbone tissue engineering/用于下一代骨组织工程的 3D/4D 打印生物压电智能支架”，由来自香港城市大学的Annan Chen、Jian Lu等人联合撰写。
人体骨骼中的压电一直是骨骼再生的成熟机制。这一发现为研究人员探索无铅生物压电材料开辟了新途径，该材料具有优异的可加工性、生物相容性和多细胞诱导性。由这些材料衍生的生物压电支架表现出诱导骨细胞分化、促进血管细胞募集、甚至有助于神经细胞修复的优异能力。该支架最令人印象深刻的特点在于其微创或无创重建策略，允许使用可编程超声或磁治疗来调节时间线、持续时间和强度的体内电刺激。
△论文概述通过 DIW、FDM、BJ、SLS、DLP 和 TPP 等 3D/4D 打印方法创建的智能生物压电支架作为骨组织工程有前途的替代方案的潜力。（照片来源：Annan Chen 等人 2023 Int. J. Extrem. Manuf.）
3D/4D 打印技术的重大进步进一步增强了生物压电支架的潜力。这种 4D 打印涉及创建结构，这些结构表现出响应外部刺激的时间依赖性功能转移行为。因此，4D功能转换生物压电支架提供了可编程的电生理微环境，可促进组织再生。
尽管这项技术前景广阔，但当前的 3D/4D 打印能力与生物压电支架的临床要求之间仍然存在显著差距。它的发展需要材料科学、机械工程和生物工程等多学科研究的共同努力。来自骨科、口腔医学和肿瘤学等各个医学领域的专家的合作研究已经在进行中，以释放这些智能生物压电支架的全部潜力。
△熔融沉积建模 (FDM) 原理图和其他潜在的生物压电支架 4D 打印策略（照片来源：Annan Chen 等人 2023 Int. J. Extrem. Manuf.）
该研究的第一作者、香港城市大学博士后研究员陈安南 (Annan Chen) 表示：“原则上，这开创了智能生物压电支架的设计和制造的新示范，该支架通过模仿组织关键的电微环境来促进骨修复。”
香港城市大学著名专家陆健教授也对这一突破的革命性影响表示认可：“通过多学科研究的协作努力，3D/4D打印有望很快充分发挥其在为下一代组织工程创建智能生物压电支架方面的潜力。此外，我们还可以从智能制造、仿生医学、机器学习等一些前沿技术中汲取灵感，进一步推动该技术的临床应用。”
开创骨组织工程新时代
通过有效弥合当前能力和临床需求之间的差距，我们可以预见医学治疗的新时代，能够为患者提供更好的的骨修复和恢复改善方案，最终改变再生医学的格局。借助这些智能支架，患者可以期待个性化且高效的骨修复解决方案，从而迎来医疗技术变革的新时代。
生物工程、3D 打印和各类医学专家之间的合作为更光明的未来铺平了道路，使骨再生变得更加高效、易于实现且以患者为中心。随着技术的进步和研究人员不断探索 3D/4D 打印生物压电支架的潜力，随着我们接近骨组织工程突破性时代的尖端，未来看起来越来越有希望。
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