《Journal of Functional Biomaterials》：Advances in 3D Bioprinting for Dental, Oral, and Craniofacial Regenerative Medicine
牙、口及颅颌面（dental, oral, and craniofacial, DOC）复合体的再生具有挑战性，因为矿化组织、软组织、血管组织和神经组织彼此毗邻，且缺损常较大且不规则。三维（3D）生物打印能够制造患者特异性载细胞构建体，并可能为复杂口腔病例提供新的再生选择。该叙述性综述总结当前生物打印技术、其在DOC各组织中的应用以及临床采用的障碍。喷墨、激光辅助、光基、挤出和同轴平台在速度、分辨率、细胞活力和成本方面存在差异，而术中生物打印允许在手术过程中将构建体直接打印到缺损内。水凝胶基生物墨水常负载细胞或生长因子，支持细胞递送和引导分化。在牙本质–牙髓复合体（dentin–pulp complex）、牙周组织、牙龈、唾液腺、周围神经、软骨和颅颌面骨中，临床前研究报告生物打印构建体可重建组织微结构、增强血管化并支持部分功能修复。全牙和承重骨再生仍受空间图案化、血管化和力学需求限制。大多数证据仍为临床前证据，转化受成本、碎片化工作流程、组织界面处的生物和力学失配以及监管路径不明确限制。在生物打印成为常规口腔再生护理的一部分之前，需要标准化的保真度和活力指标、改进的生物墨水以及即护（point-of-care）工作流程。
1. Introduction（引言）
该综述指出，牙、口及颅颌面（DOC）复合体由矿化组织与软组织、血管和神经毗邻构成，大而不规则缺损难以恢复多组织架构与功能；三维（3D）生物打印可制造患者特异性构建体，并以喷墨、激光辅助、光基、挤出及术中打印等平台递送细胞、生物材料和信号。文章将缺损部位视为组织工程反应器，重点关联打印方式与DOC组织靶点，并区分载细胞生物打印与其他打印方法及证据层级。
2. Bioprinting Technologies（生物打印技术）
该节将生物打印界定为活细胞、生物材料和生物活性分子的逐层沉积，以构建组织样结构；无细胞支架、模具或解剖模型的打印归为无细胞打印。DOC制造包括直接载细胞打印、先打印无细胞支架后接种细胞、打印无细胞模具/模板/解剖模型及静电纺丝等非打印方法；同轴打印是挤出变体，术中生物打印是应用场景而非独立机制。
2.1 Inkjet-Based Bioprinting（喷墨生物打印）
喷墨生物打印以受控液滴沉积为基础，涵盖热、压电、静电和电流体动力学喷墨，液滴约10–100 μm，具高通量、按需滴落和非接触特点。其墨水须低黏度（约3.5–12 mPa·s），常需交联增强结构，部分交联剂有细胞毒性；细胞损伤主要来自液滴喷射和撞击的热/机械应力，而非挤出中的喷嘴剪切，低黏度还可能导致三维结构几何失败，故常与其他打印方式结合。
2.2 Laser-Assisted and Light-Based Bioprinting（激光辅助与光基生物打印）
激光辅助生物打印基于激光诱导前向转移（laser-induced forward transfer, LIFT），由脉冲激光、聚焦系统、供体带和接收基底组成，具高精度、开放打印头避免堵塞和喷嘴剪切、细胞活力较高等优势，但射流高压与快速温变机制未完全明确，且成本高、复杂、速度慢。光基生物打印以光交联光敏生物墨水，数字光处理（digital light processing, DLP）可整层固化并打印定向牙周膜（PDL）纤维补片，分辨率约10–50 μm；体积打印可在数秒内固化载细胞构建体，情境感知系统可依实时成像适应组织几何；限制包括需光交联透明墨水和光引发剂/自由基降低细胞活力。
2.3 Extrusion-Based Bioprinting（挤出生物打印）
挤出生物打印以流体分配和自动机器人系统连续挤出圆柱线条，能精确控制三维形状并兼容水凝胶、共聚物和细胞球体。其主要缺点是包封细胞承受较大剪切应力，活力约40%–80%，分辨率约100 μm至毫米级；近期混合策略将挤出与影像引导体积打印结合，可在载细胞结构周围自动打印通道。同轴打印作为变体，以同轴针同时分配生物墨水和交联液，主要用于中空纤维和管状结构，如唾液腺微管。
2.4 Intraoperative Bioprinting（术中生物打印）
术中生物打印在手术时直接向缺损打印，可即时扫描并按损伤形状制造生物材料；它是应用场景而非机制，可用挤出、液滴、激光或光基系统。热塑性材料如聚己内酯因溶剂和熔融温度目前不适合体内打印；该技术仍限于动物模型，但已用于非承重部位和颅颌面复合组织重建。大鼠5 mm颅盖缺损中，无细胞成骨墨水在6周微计算机断层扫描（micro-computed tomography, micro-CT）下约达80%骨覆盖面积。
3. Three-Dimensional Bioprinting of Tissues（组织三维生物打印）
该节按组织目标总结关键研究，区分载细胞生物打印与无细胞支架、模具和解剖模型打印及非打印方法，并归纳打印方式、实验模型和证据层级。靶点覆盖牙与牙髓、牙周与牙槽骨、牙周软组织、唾液腺、周围神经、颅颌面/颌面骨、软骨和皮肤；总体证据以临床前为主，部分显示微结构重建、血管化增强和部分功能修复，但全牙与承重骨仍受空间图案化、血管化和力学需求限制。
3.1 Teeth and Pulp（牙与牙髓）
牙组织兼具硬度和软度，理想生物墨水需生物相容、可打印且降解速率接近组织形成；水凝胶因可模拟细胞外基质而常用，但可打印性与力学强度常需权衡。牙髓再生针对既有牙本质架构内的血管化软组织修复，全牙再生需跨尺度协调重建釉质、牙本质、牙骨质和牙髓；成釉细胞在萌出后丢失使釉质不能自修，但诱导多能干细胞来源成釉细胞样细胞和牙上皮类器官可在体外表达相关标志物。纤维蛋白原/明胶/透明质酸/甘油等墨水支持人牙髓干细胞（human dental pulp stem cells, hDPSCs）活力和成牙本质分化；全牙瓶颈仍是空间图案化、上皮–间充质协调和血管生成。阻断子宫致敏相关基因-1（uterine sensitization-associated gene-1, USAG-1）可在小鼠先天性缺牙模型中恢复牙齿形成，但属药理策略。牙本质/牙髓研究多报告成牙本质分化和hDPSCs兼容支架，且多在体外；骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）肽固定甲基丙烯酰化明胶（GelMA）墨水结合集成组织–器官打印（integrated tissue–organ printing, ITOP）系统可加速hDPSCs成牙本质分化。
3.2 Periodontal and Alveolar Bone Regeneration（牙周与牙槽骨再生）
牙周再生包括硬和软组织再生，临界尺寸牙槽骨缺损是生物打印可发挥特异性的场景。无细胞患者特异性羟基磷灰石/α-磷酸三钙（α-TCP）支架可由锥形束计算机断层扫描（cone-beam computed tomography, CBCT）数据打印，抗压强度高于藻酸盐/β-磷酸三钙杂化支架，体外与牙槽骨髓干细胞相容，与设计误差在0.27 mm内，但未评估体内骨再生。基于GelMA的PDL–牙槽骨微组织模型用于体外研究；仿生牙周补片经微尺度连续DLP打印，在大鼠和比格犬缺损中可再生区域特异性PDL纤维方向并耐受正畸牙移动；另一模块结合DLP韧带层和挤出骨层，使用牙囊来源脱细胞细胞外基质墨水，在犬临界尺寸缺损中恢复排列PDL纤维和骨–韧带界面。可注射富血小板纤维蛋白（injectable platelet-rich fibrin, iPRF）-藻酸盐-明胶墨水实现生长因子缓释和血管生成，在裸鼠皮下植入中增加血管化并减少后期巨噬细胞浸润，但免疫缺陷和异位植入不能直接证明牙周修复。
3.3 Periodontal Plastic Surgery and Soft Tissue Regeneration（牙周整形与软组织再生）
软组织再生对形状特异性要求较低，更依赖生物学创面愈合原则。比格犬研究（6只犬、3组、2个月随访）中，种植位点移植载牙龈成纤维细胞的生物打印无细胞真皮基质（acellular dermal matrix, ADM）/明胶/藻酸盐支架，较无细胞支架显著增加角化龈和附着龈，角化龈宽度增加1.58–1.93 mm对0.67–1.30 mm，并提高I型和III型胶原及血管内皮生长因子A表达；结果需更大样本和更长随访确认。
3.4 Salivary Glands（唾液腺）
唾液腺为具有特定几何结构的异质性组织。体外凝胶化蛋黄血浆可打印并支持唾液腺泡细胞和成纤维细胞培养，但未评估功能和体内性能；预形成藻酸盐微管支持小鼠唾液细胞体外自组织和空腔化，但由同轴微流控装置而非打印制成；微流控同轴打印产生薄载细胞纤维和有腔中空管，细胞保持活力。磁性三维生物打印hDPSCs生成受神经支配、产淀粉酶的唾液腺样类器官，离体移植可刺激上皮和神经元生长。功能性替代需极化腺泡和导管网络、神经支配和血管化；迄今构建体在体外或离体显示活力、组织和标志物表达，但尚未证明体内唾液流恢复；研究人员认为现有挤出和同轴平台可近似导管几何，但尚不能在同一构建体中再现极化腺泡、导管流出连接和神经血管整合。
3.5 Peripheral Nerves（周围神经）
周围神经支配口腔及深部组织并与牙髓相通。牙龈来源间充质干细胞在无支架生物打印构建体中显示促进大鼠节段性面神经缺损功能恢复的潜力；载大鼠施万细胞的明胶/藻酸盐支架体外活力良好且神经营养因子表达高于二维培养，植入4周后细胞仍存在，但未评估神经再生。非生物打印的取向静电纺丝纤维蛋白纳米纤维水凝胶作为导管填充物可修复10 mm大鼠坐骨神经缺损并接近自体移植，说明取向微结构的价值。
3.6 Craniofacial and Maxillofacial Bone, Cartilage, and Skin（颅颌面与颌面骨、软骨和皮肤）
软骨主要位于颞下颌关节（temporomandibular joint, TMJ）和鼻；2015年研究用CT扫描尸体下外侧软骨三维打印患者形状模具，在其中培养接种人软骨细胞的聚乙醇酸/聚左旋乳酸（poly(glycolic acid)/poly-L-lactic acid）支架并皮下植入裸鼠，获得鼻翼长度和宽度匹配但厚度不同的工程软骨，细胞为支架接种而非生物打印。此后模拟天然软骨的水凝胶被广泛研究，影像引导体积打印可将载细胞软骨层自动对齐到骨构建体形成骨软骨模型，TMJ重建仍处临床前。骨再生需血管化和部位特异性力学功能，颅盖模型相对低载荷，颌面缺损承受周期性咀嚼载荷，材料架构应因部位而异；成骨诱导墨水、生长因子纳入血管结构、外泌体等被探索，透明质酸、藻酸盐、胶原、丝素蛋白、GelMA、聚乙二醇（PEG）水凝胶等被研究。打印解剖模型已临床用于眶壁重建规划，属非生物用途。皮肤生物打印仍处早期，仿生水凝胶墨水在大动物中成功有限，关键挑战是重建毛囊和汗腺。
4. Limitations and Challenges（局限与挑战）
该节将主要障碍归为成本与资源、生理与力学、监管与质量控制，并讨论未来方向。当前进展同时显示生物打印的潜力和临床转化的复杂性，需要跨学科协作和标准化。
4.1 Cost and Resource Barriers（成本与资源障碍）
先进打印机、无菌环境、耗材和培训人员需大量资本与运营支出，高分辨挤出和激光辅助系统需精密校准，含生长因子或活细胞的生物墨水配制、储存、验证和维护成本高；因此采用目前限于有专门再生项目的研究或三级中心。从影像和CAD建模到打印及后处理的工作流程仍碎片化且耗时，机器人或人工智能（AI）可优化参数、实时纠错和预测组织结局；成本分担、集中制造实验室和标准化即用型生物墨水试剂盒可降低障碍，教育培训亦关键。
4.2 Physiological and Mechanical Limitations（生理与力学局限）
DOC区域从矿化釉质–牙本质界面到软性血管化牙髓、牙龈和神经结构高度多样，复现组织刚度梯度、细胞组成和免疫相容性仍是工程难题；力学完整性与细胞活力常需权衡，材料降解与组织重塑速率的微小失配可损害长期稳定性。屏障组织还需考虑宿主免疫反应，需兼顾抗感染和抗排斥。口内打印要求生物墨水在唾液湿润动态环境中快速固化并稳定，需符合口内有限入路的无菌人体工效学递送系统；术后感染和口腔细菌定植风险存在。重建颌骨需承受重复咀嚼载荷，健康成人最大磨牙咬合力约450–600 N，承重性能不能由颅盖模型推断。载细胞墨水需不损伤组分的灭菌方法且货架期有限；大动物牙槽骨研究的缺损设计和愈合时间差异大使比较困难。
4.3 Regulatory and Quality Control Considerations（监管与质量控制考虑）
生物打印构建体的监管未充分协调而非缺失。美国食品药品监督管理局（FDA）关于增材制造医疗器械的指南不涵盖生物、细胞或组织基产品，相关问题转至生物制品评价与研究中心；其2021年即护打印讨论文件排除生物打印且非指南。含活细胞构建体模糊医疗器械与生物治疗边界，通常不符合《公共卫生服务法》第361节仅作为人细胞、组织或细胞和组织基产品（HCT/P）的监管条件，而可能按药物、器械、生物制品或组合产品监管；欧盟可能归入组织工程或组合先进治疗药品。ASTM International F3659-24生物墨水指南于2025年获FDA认可，但分类、风险评估和质量控制仍开放。一致性可重复性亦关键，生物墨水组成、交联参数或打印速度的小变化可改变生物学性能，且缺乏广泛采用的打印保真度、细胞活力或功能整合标准化指标。DOC区域人体经验有限，多为无细胞打印植入物；微型耳重建AuriNovo试验入组2例后因公司决定终止且未发表结局数据。手术室打印增加无菌、过程验证和即护质量控制要求；自体细胞需供区活检和制造间隔，异体细胞涉及免疫相容和供者筛查。
4.4 Future Directions（未来方向）
未来进展依赖工程师、生物学家、临床医生、监管专家和产业伙伴的持续协作，学术医学中心可结合临床前动物模型、监管咨询和外科专长作为转化孵化器。关键方向是先进成像、计算机视觉和自适应制造融合；情境感知体积生物打印显示实时成像和计算解释可引导沉积而不依赖静态术前CAD模型，使打印几何动态适应既有组织特征，改善空间保真度和功能整合，尤其适合缺损形态不规则且常需术中界定的DOC再生。
5. Conclusions（结论）
DOC再生用三维生物打印正从概念验证构建体转向更具仿生性和应用特异性的方案；在牙与牙髓、牙周组织、唾液腺、神经、软骨、骨和皮肤中，该领域将空间精度与生物活性和载细胞材料结合，以应对微结构保真、血管化和引导分化。临床采用仍取决于可重复制造、可预测体内性能和清晰监管路径；多数证据为临床前，术中生物打印仅在动物模型中展示。经工程师、临床医生和监管者协作，该领域有潜力提供恢复DOC组织形态和功能的患者特异性构建体，并进入常规临床护理。
