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1、再生牙科学和颅面组织工程 中的3D打印技术口腔科：李家冰3D打印技术3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模 型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材 料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。颅面组织具有复杂的三维结构。模拟这种复杂的三维结构和颅面结构中 天然发生的多细胞相互作用是再生牙科的最大挑战之一。组织和生物结构的3D生物打印技术可以解决其中的一些关键挑战。本文综述不同3D打印方法，并总结那些可用于支架和颅面组织的3D生物 结构制造的不同类别的生物材料（聚合物水凝胶，陶瓷，复合材料，细 胞聚集体）。本文旨在探明3D生物打印技术在颅面组织再生中的关键优势，加速其从 实验室到临床应
2、用的进程。打印方法Inkjet 3D 打印机Laser-Assisted 3D打印机INKJET 3D 打印机装有液体或低粘度的油墨（水凝胶、胞浆等），通过不同的喷射方式将 这些油墨“打印”到预定的位置上。其主要由声，热，磁产生弹射力从 而完成喷射过程。液体流通过喷头上的一个小孔后被打碎成一个个小液滴。在Dropon-demand(DOD) inkjet打印中，油墨通过一个脉冲压力方式 喷射，通过控制脉冲压力大小，可以喷射20-50微米的液滴。INKJET 3D 打印机热打印头：打印孔后面有个立即蒸发液体的腔室，由温度高低控制。声打印头：通过声波产生机械冲动快速改变打印头后面的压电晶体的形 状
3、。磁打印头：由静电驱动的被液体充满的相邻腔室的机械位移的改变。INKJET 3D 打印机优点：已经广泛被用于活体细胞和组织工程制造，细胞具有高活力。缺点：液滴被挤出时的剪应力会降低细胞活性，有打印头阻塞的报道。LASER-ASSISTED 3D打印机支架及颅面组织3D打印材料多聚物水凝胶陶瓷复合材料细胞聚集体多聚物水凝胶多聚物和水凝胶人工合成多聚物，3D生物打印中应用最广泛的一类材料虽然材料可能需要高温处理，但材料中细胞和生长因子在多聚混合物中 的直接作用能避免在打印过程中诸如细胞活性和生物相容性的丧失的问 题。多聚物水凝胶强度不够，诸如骨，牙，牙周组织等需要承重的组织方面，仍然需要陶 瓷支架
4、或者复合物支架的来增加其硬度。陶瓷通常是由钙和磷酸基组成的矿物质构成。虽没有保持细胞封闭的功能，但其引导成骨细胞成骨和提供支撑结构的 功能使其成为颅面部3D支架制造的一种替代方案。陶瓷3D打印的陶瓷支架可以使细胞迅速覆盖在支架表面从而建立细胞间联系 ，加速细胞增殖分化过程。陶瓷比凝胶的退化周期更长，从而可以延长其引导组织重建和提供结构 支持的时间。陶瓷但目前为止，陶瓷支架的脆性较大，如果能获得更多韧性，其可更具有 更多的应用价值通过仿生物学矿化过程和分层结构来增加其韧性。复合材料共聚物，多聚体多聚体混合物，多聚体陶瓷混合物结合各成分间的优势性能多聚复合水凝胶，硅酸盐，纳米材料等材料制作的不同类
5、型的复合支架 可以更好的控制其粘稠度和刚性。含氧化硅的水凝胶提高基因编码形态 发生细胞因子的表达。水凝胶、复合填料以及有形态发生能力的天然肽 的结合是一个很好的方向。细胞聚集体和细胞球体使用这种材料的技术又被称为无支架打印技术”主要用的是extrusion打印机，可自组装成希望得到的3D结构。细胞聚集体和细胞球体可以直接得到具有极高细胞密度的组织结构，可以打印出那些由高密度 细胞构成的器官。理论上还可以再生出低细胞密度的主要由蛋白质和矿物质组成的承重组 织，目前尚未证实。微小精密的异型细胞聚集定位能力可能未来会用于牙髓-牙本质复合体， 牙发育早期的上皮间充质层的打印。3D打印技术在颅面组织再生
6、中的应用骨软骨牙周组织牙髓整牙再生骨熔融沉积成型支架用于骨和软骨的再生已经有一段时间了。如聚己内脂熔融沉积成型塞子成功的应用于牙槽嵴的保存。由熔融沉积而成型而成的含有20%磷酸三钙微粒的医疗级聚己内酯圆柱 形支架骨直径300微米的长丝以0-90的角度间距1200微米互相交织在一起组 成的支架，具有70%的孔隙率和22.2兆帕的弹性模量。当其与rhBMP-7结 合，形成10厘米以内的种植体模型。其和人类自体骨性能非常接近。牙周组织包括软组织（牙龈、牙周韧带）硬组织（骨，牙骨质）添加式生物制造技术在牙周组织再生领域中用来制作分层支架来模仿牙 周组织的软硬结构。支架具有多相结构可以表达出牙周组织的各
7、个层次。已经用于临床的引导组织再生技术就是利用了一个双相的支架。软骨颅面部软骨组织包括颞下颌关节的关节盘和耳软骨，有着其独特的结构 特性。3D打印应用到软骨修复的例子：3D打印出拥有耳外形的藻酸盐基质，软 骨细胞进行附着，加上用于传导声音的电子元件制作的人工耳。软骨3D打印还应用于颞下颌关节的骨和软骨多组织界面排列的工程支架和再 生左聚乳酸和羟基磷灰石组成的双相支架上附由腺病毒转导的成纤维细胞 同时可以表达BMP-7刺激其分化为软骨细胞系细胞，有趣的是，这种支 架可以在软骨及软骨下骨之间形成一个稳定的接触层。牙髓虽然目前没有3D打印牙髓的相关文献，但是牙髓组织的基本的构造模块 已经被通过不同的
8、打印方法制造了出来。牙髓（神经，血管，基质）牙髓对细胞的氧气和营养供给（在体内由血管和毛细血管高效率的完成）在 牙髓以及身体其他组织的3D重建过程中始终是再生医学的一门巨大挑战最近就有一些关于3D打印成功打印出有正常功能血管的报道。内皮细胞和其他类型细胞共聚并填充在网格里被证实可以有效的运输氧 气和营养。牙髓由聚2-羟乙基甲基丙烯酸酯凝胶打印出的凝胶网可以引导初级大鼠海马 神经元的生长和扩散，从而可以形成错综复杂的神经网络。这些报道，结合最近的细胞聚集方面的发展与可控制3D结构的挤压打印 技术，代表了3D打印牙髓的希望。整牙再生整牙再生目前在其临床应用潜力方面有了巨大的进展。3D打印牙的早期模型已经通过复合生物墨水制造了出来，并通过了体外 以及体内的测试。细胞聚集体在体外受控成型以模仿在牙发育的早期阶段形成的上皮间充 质界面被视为整牙再生的最重要的一环。牙胚形状决定了牙的形状，所以3D打印技术的精准定位将为牙外形塑造 提供了很多方便之处。
