综述:3D生物打印在口腔及颅颌面组织再生中的应用:进展、挑战与未来方向

【字体: 时间:2025年08月21日 来源:BMEMat 15.5

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  这篇综述系统阐述了3D生物打印(3D bioprinting)技术在口腔及颅颌面组织再生中的最新进展,重点探讨了生物墨水(bioink)的材料选择(如GelMA、dECM)、打印技术(DLP、微挤出)及其在牙周、骨、软骨等复杂组织再生中的应用,同时分析了当前面临的降解调控、微环境适配等挑战,并展望了纳米技术整合、原位打印等未来方向。

  

摘要

口腔及颅颌面组织承担呼吸、咀嚼等重要功能,其再生面临解剖结构复杂、多组织协同等挑战。传统3D打印仅能实现形态学修复,而3D生物打印通过细胞负载支架构建,显著提升功能重建效果。本文聚焦该技术在硬/软组织再生中的应用,为临床转化提供新思路。

从3D打印到3D生物打印

3D生物打印以细胞、生长因子为“墨水”,通过光固化(DLP)、微挤出等技术逐层构建生物活性结构。其核心流程分为三阶段:打印前医学影像建模、打印中细胞-材料共沉积、打印后生物反应器成熟。相比传统技术,其分辨率可达微米级,支持多材料梯度打印,例如结合锰掺杂磷酸钙的GelMA水凝胶能同步优化力学性能与成骨分化。

生物墨水的革新

天然聚合物(如胶原、透明质酸)与合成材料(如PCL、PEG)各具优势,而脱细胞基质(dECM)因其天然微环境成为研究热点。通过纳米材料增强(如纤维素纳米晶体)、动态交联策略(如双网络水凝胶)可解决机械强度不足问题。活性组分如外泌体(exosome)和转化生长因子-β3(TGF-β3)的负载进一步促进血管化和细胞定向分化。

临床应用突破

  • 牙周再生:GelMA/dECM支架在犬模型中成功再生具有定向纤维的牙周膜;

  • 骨修复:载有BMSC的锶掺杂支架实现大鼠颅骨完全再生;

  • 神经修复:人牙龈干细胞球体打印物使面神经轴突再生效率提升300%;

  • 肌肉重建:微阀辅助 coaxial 打印的肌纤维束恢复大鼠胫骨前肌收缩功能。

挑战与未来

当前瓶颈包括支架降解速率调控(如PLA酸性副产物问题)、病理微环境适配(如糖尿病高ROS场景)。4D打印、闭环系统等新技术有望实现动态响应修复,而监管标准化是临床转化的关键。

(注:全文严格依据原文数据,未新增结论;专业术语如GelMA=明胶甲基丙烯酰胺,dECM=脱细胞外基质,DLP=数字光处理等均按原文格式标注。)

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