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展

來源：EngineeringForLife

由創(chuàng)傷、細菌感染、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)建了具有多個孔隙空間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。此外，它們允許多種生物材料的分層分布促進各種組織的協(xié)同再生。

近日，來自浙江大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院陳卓/吳文治等人對生物3D打印技術(shù)在牙科組織工程和再生領(lǐng)域應(yīng)用進行了詳細綜述，主要探討了3D打印技術(shù)在牙科組織再生中的最新進展、面臨的挑戰(zhàn)以及未來發(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)機制，隨后詳細討論了3D打印技術(shù)的類型、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)和牙髓四個部分，介紹了它們的主要組成、功能及相互作用。作者進一步討論了牙齒損傷后的修復(fù)過程，指出牙釉質(zhì)無法再生，而牙本質(zhì)可以通過牙髓-牙本質(zhì)復(fù)合體的反應(yīng)性修復(fù)來形成新的牙本質(zhì)。牙科修復(fù)材料，如樹脂修復(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)過程

2.生物3D打印技術(shù)
在此部分，作者簡單介紹了生物3D打印技術(shù)在牙科組織再生中的應(yīng)用，包括常見的3D生物打印方法（如噴墨打印、激光輔助打印和擠出式打�。┘捌涮攸c。噴墨生物打印通過壓電或熱驅(qū)動噴嘴噴射生物墨水，具有高分辨率和低成本的優(yōu)點，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)，通過機械或氣動壓力擠出生物材料，具有非熱過程、易于整合細胞和生物活性成分的特點。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械性能和強度，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械性能的復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。該技術(shù)通過精確控制細胞、生物材料和生物活性因子的分布，成功實現(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)。

未來的研究需要進一步探索生物打印支架與宿主組織之間的相互作用機制，并建立標(biāo)準(zhǔn)化的評估協(xié)議。此外，臨床前和臨床評估對于生物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