医疗和牙科

研究人员通过3D打印更接近再生牙科

一个跨学科研究人员的团队鲁文大学Ku距离能够使用3D打印从根中重新生成牙齿更近一步。

创伤和发育异常引起的牙齿疾病通常会影响恒定的牙齿,尤其是在儿童中,导致组织甚至全牙。为了解决这个问题,通过制造生物工程的“牙根”,出现了牙科组织工程作为维修,再生甚至牙齿替代的潜在手段。

In their latest study, the team investigated the 3D printing of chitosan scaffolds derived from animal and fungal sources which could potentially be used in such regenerative dentistry applications in the future.

脚手架制造过程。图像通过Ku Leuven。
脚手架制造过程。图像通过Ku Leuven。

3D打印和再生医学

The role of 3D printing within regenerative medicine is very much still in its nascent stage, although there have been several promising developments in this area recently.

从人体组织生物打印突破开始,科学家来自布法罗大学已经开发了一个快速新3D生物打印法slated to bring fully-printed human organs closer to reality, while researchers fromLund University已经开发了一个new 3D printable bioink源自海藻和肺组织,可用于打印类似于能够支撑细胞和血管生长的人尺寸气道的结构。

3D printer OEM3D Systems最近还宣布了它的突破打印到灌注生物打印平台,,,,which is now able to rapidly produce full-size, vascularized lung scaffolds. As a result, the firm is planning to ramp up its regenerative medicine activities going forwards.

Most recently,宾夕法尼亚州researchers unveiled a 3D bioprinting process capable of同时打印硬和软组织在一次手术中修复皮肤和骨骼损伤。

Despite sizeable strides taken in 3D printing for dental applications such as定制的对准器,,,,永久冠,,,,and牙科植入物,针对牙科应用的再生医学发展的关注点较少。然而,最近已经探索了组织工程和再生医学,以替代受伤和缺失的牙科组织,并以有希望的结果,例如再生牙髓牙齿牙髓手术。

这些程序旨在修复或替换发炎或受损的牙髓(由生存结缔组织和细胞组成的牙齿中心的一部分),以恢复血管化,免疫反应,神经供应和牙本质处置牙齿的最大结构成分为牙釉质提供支撑。

SEM images showing the scaffolds' microstructure. Image via KU Leuven.
SEM图像显示了脚手架的微观结构。图像通过Ku Leuven。

3D printing the chitosan scaffolds

根据研究人员的说法,壳聚糖由于其抗菌和免疫调节性能而引起了人们对牙科组织工程应用的关注,其生物相容性,生物降解性和凝胶形成能力。壳聚糖部分源自甲壳类动物的外骨骼,例如螃蟹和虾,真菌或昆虫。

为这项特定研究选择了两种类型的壳聚糖。动物起源和真菌壳聚糖的壳聚糖源自尼日尔曲霉,这是一种常见的真菌,会导致黑色霉菌。明胶粉被用作额外的聚合物,而Genipin和3-甘露西氧甲氧基三氧基硅烷(GPTMS)被用作交联剂。

基于壳聚糖的支架是通过乳液冷冻干燥技术制备的,该技术涉及使用CAD软件设计适当大小的模具,然后使用PolyJet 3D打印机打印。然后制备聚合物溶液并将其分配在模具中,然后立即将其放在干冰中以进行定向冷冻以实现径向取向的孔结构。

然后将模具冷冻干燥24小时,并脱毛以获得最终的脚手架。尽管这次打印了基本模具,但3D打印允许设计和生产患者和牙齿特异性模具,因此可以设计脚手架。

尤其是真菌衍生的壳聚糖支架因其理想的特性,即降低过敏反应,低分子量和增强的抗菌特性的风险。

更一般而言,对支架的直接临床应用在未成熟牙齿的无细胞再生牙髓中进行了研究,以控制感染,诱导牙本质形成和根部形成。

研究人员还认为,可以通过添加无机成分(例如生物活性玻璃来促进牙槽骨再生)来修改其量身定制的脚手架。牙槽骨是骨头的厚脊,其中包含牙齿插座,位于一个人的下颌骨头上。

展望未来,该团队将专注于对脚手架的干细胞和免疫细胞行为的更深入了解,以优化其在牙本质 - 肺泡组织工程中的应用。

More information on the study can be found in the paper titled“3D printing assisted fabrication of chitosan scaffolds from different sources and cross-linkers for dental tissue engineering,”published in the European Cells and Materials journal. The study is co-authored by M. EzEldeen, J. Loos, Z, Mousavi Nejad, M. Cristaldi, D. Murgia, A. Braem, and R. Jacobs.

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特色图显示了脚手架制造过程。图像通过Ku Leuven。