新加坡国立大学开发出AI增强生物3D打印牙龈移植技术，实现口腔软组织移植个性化

2025年4月7日，南极熊获悉，新加坡国立大学的研究人员发明了一种新方法，利用 3D 生物打印和人工智能来制作个性化牙龈移植体。

△新加坡国立大学团队利用 3D 生物打印机制作定制的口腔软组织移植物，并将人工智能融入到这一过程中，以优化生物打印参数、提高精度和提高效率。（图片来源：新加坡国立大学）

研究成果以题为“3D Bioprinting and ArtificialIntelligence-Assisted Biofabrication of Personalized Oral Soft TissueConstructs”的发表在《先进医疗材料》上，项目得到了国家增材制造创新集群和国家大学卫生系统的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202402727

新技术由新加坡国立大学牙科学院助理教授 Gopu Sriram 领导的团队开发，为需要从患者口腔中采集组织的传统移植方法提供了一种替代方法。这种方法旨在减轻患者的不适，同时为牙科手术提供定制解决方案，例如修复牙周病引起的牙龈缺损或牙种植体并发症。结果显示，生物打印的移植物在打印后立即显示出超过 90% 的细胞活力，并且在 18 天的培养期内也表现出良好的细胞活力。

△新加坡国立大学牙科学院助理教授 Gopu Sriram（左）和 Jacob Chew 博士（中），以及新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系教授 Dean Ho（右），展示了他们在 AI 驱动的个性化牙龈组织移植 3D 生物打印方面的开创性工作。该团队的创新方法旨在降低牙科手术的侵入性，同时提高患者的治疗效果。

利用人工智能加速生物打印过程

牙龈组织移植在牙科护理中必不可少，特别是用于解决牙龈萎缩等牙龈黏膜缺陷以及牙周病或牙种植引起的并发症。通常，这些移植物是从患者口腔中采集的。虽然有效，但这些程序存在重大缺点：患者不适、组织可用性有限以及术后并发症风险较高。

为了克服这些挑战，研究人员采用了 3D 生物打印技术，这种技术可以根据每个患者缺损的具体尺寸定制组织移植物。他们开发了一种专门的生物墨水，可以支持健康细胞的生长，同时确保材料能够准确打印并保持其形状和结构。

然而，3D 生物打印的可行性完全取决于过程中应用的参数。挤出压力、打印速度、喷嘴尺寸、生物墨水粘度和打印头温度等因素都对打印部件的最终特性和性能起着至关重要的作用。传统上，调整这些参数是通过繁琐的手动反复试验来完成的，这非常耗费时间和资源。

新加坡国立大学生物医学工程系主任、研究论文共同通讯作者 Dean Ho 教授表示：“为了加快 3D 生物打印过程，我们将 AI 集成到工作流程中，以解决这一关键瓶颈。这种方法大大简化了流程，减少了优化生物打印参数所需的实验数量——从可能的数千个组合减少到仅 25 个组合。”

AI 驱动的工作流程通过减少确定最佳打印参数所需的传统反复试验，显著提高了效率。助理教授 Sriram 表示：“我们的研究是首批专门将 3D 生物打印和 AI 技术相结合，用于定制口腔软组织结构的生物制造的研究之一。3D 生物打印比传统 3D 打印更具挑战性，因为它涉及活细胞，这给打印过程带来了许多复杂性。”

△3D生物打印牙龈组织移植（在透明载玻片上）是使用专门的生物墨水创建的，该墨水支持健康细胞生长，同时保持结构完整性，以进行个性化牙科治疗。

新打印技术的潜在应用范围不仅限于牙科。助理教授 Sriram 解释道：“3D 生物打印使我们能够创建与患者伤口尺寸精确匹配的组织移植物，从而可能减少或消除从患者体内采集组织的需要。”

牙周病专家兼研究联合研究员 Jacob Chew 博士指出：“这种程度的定制化可最大限度地减少伤口闭合期间移植物变形和张力，从而降低并发症风险、手术时间和患者不适。”

未来的研究将侧重于将这些发现转化为临床应用。研究团队计划进行体内研究，以评估口腔环境中移植物整合和稳定性，同时探索通过多材料生物打印整合血管以实现更复杂的结构。这些进展可能会推动再生牙科的发展，并可能影响组织工程的更广泛应用。