谢志坚教授团队《Advanced Functional Materials》：3D打印骨支架实现梯度密度颌骨功能性重建研究成果

近年来，生物3D打印技术的兴起为个性化修复骨缺损提供了新思路。与长骨不同的是，颌骨的特殊解剖位置赋予其复杂的咀嚼功能，其高密度皮质骨结构能承受咀嚼应力，并将其传递至更广泛的松质骨，而密度较低的松质骨则能进一步的分散应力。因此，颌骨组织工程支架的设计不仅要考虑高效的骨诱导性能，还需恢复天然颌骨微结构以适应生理性咬合负荷。然而，目前的骨组织工程支架大多强调骨量的再生，而忽略了咀嚼功能相关的结构重建。

近日，浙大口腔谢志坚教授团队与浙大化学系唐睿康教授团队、机械工程学院贺永教授团队合作，在Advanced Functional Materials期刊上发表了题为A Hierarchical 3D Graft Printed with Nanoink for Functional Craniofacial Bone Restoration文章，通过重建具有特殊功能的颌骨组织，以功能为导向的组织工程提供了新思路。

浙大口腔医学博士研究生史洋、石珏主治医师，浙大机械工程学院博士后孙元，浙大化学系硕士刘琪琪为本文的共同第一作者。浙大口腔谢志坚教授为通讯作者。本研究得到了浙江省重点研发计划项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、浙大口腔医院R&D项目以及浙大口腔医院、浙大口腔医学院、浙江省口腔疾病临床医学研究中心、浙江省口腔生物医学研究重点实验室、浙大癌症研究院、口腔生物材料与器械浙江省工程研究中心的支持。

研究背景 

团队研究人员通过深入剖析颌骨组织与长骨组织在结构上的异同，明确颌骨在行使正常咀嚼功能过程中特殊的解剖基础，同时受到骨再生序列事件中化学及生物调控因素的启发，制备了一种新型功能化纳米墨水，并通过光固化3D打印技术创造性制造了具有天然颌骨微结构的仿生骨支架，以该支架作为模板，新生骨组织在该模板上爬行替代，最终重建了能理想承受并分散咬合应力的梯度密度颌骨组织，为恢复正常的咀嚼功能奠定了基础。

文章要点 

从宏观角度看，颌骨拥有典型的皮质骨和松质骨结构，皮质骨含哈弗氏系统保证着血液营养供应，松质骨则为沿咬合力方向分布的网状结构，支撑并分散着咀嚼应力的同时，维持颌骨快速的代谢活动。从微观角度看，骨再生过程中涉及炎症阶段、骨形成阶段和骨矿化成熟阶段，其中间充质干细胞的有效成骨向分化和骨基质的快速矿化是最为核心的再生过程。

因此，研究人员将骨形成蛋白和前期研发的纳米级磷酸钙加入到墨水中，通过静电作用和配位键的结合实现有机无机复合纳米墨水的构建，同时设计含有哈弗氏脉管系统的皮质骨和三周期最小曲面为基本结构单元的多孔状松质骨，利用高精度投影式光固化3D打印技术构建了仿生骨支架。

家兔颌骨缺损模型证实，该仿生骨支架能高效诱导新骨的生理性重建，且降解速度与再生速度匹配。与口腔临床最主流的骨修复产品Bio-Oss骨粉相比，后者诱导的新骨组织虽然密度较高，但缺乏典型的皮质-松质样密度梯度结构，导致在模拟植入种植体并负载生理性咀嚼力时出现了种植体周围的应力集中，而仿生骨支架诱导的近似天然的新生组织使得应力能在皮质骨的介导下分散至更为广泛的松质骨区域，降低了种植体周围的平均应力，为其行使正常咀嚼功能、确保远期治疗效果提供了结构基础。

该项工作提出从多维度构建仿生体系，理想地解决了具有复杂咀嚼功能的颌骨缺损再生修复，该功能为导向的组织工程策略为功能化再生医学提供了新思路。

文章链接 https://doi.org/10.1002/adfm.202301099

通讯作者

谢志坚

主任医师、教授、博士研究生导师

浙大口腔医院常务副院长、浙大口腔医学院常务副院长，浙江大学求是特聘医师，口腔颌面外科学课程组组长，浙江大学口腔医学博士。兼任中国医师协会口腔医师分会副会长，中华口腔医学会理事，中华口腔医学会创伤正颌专委会副主委，口腔颌面外科、口腔教育等专委会常委。《中国口腔医学年鉴》《口腔生物医学杂志》《口腔医学》编委。

学术成果：主持国家级科学基金项目3项，省部级基金5项，省部级奖励3项，国家发明专利6项。目前已在包括 Nature Communications（2022，2021）, Advanced Functional Materials（2023），Bioactive Materials（2022）, Advanced Healthcare Materials（2023）,Chemical Engineering Journal（2023），International Journal of Oral Science（2022），Journal of Clinical Periodontology（2022），Nanoscale（2021，封底），Clinical Oral Implant Research （2020），《中华口腔医学杂志》等刊物以一作及通讯发表高质量论文20余篇。

专业方向：牙颌面畸形多学科联合治疗、颌骨缺损修复、牙槽外科、牙种植等。

本文作者

史    洋

浙大口腔医学专业2021级博士生。以第一（含共同）作者在《Nature Communications》《Advanced Functional Materials》等期刊发表高质量论文5篇，申请国家发明专利8项（其中5项已授权）。
研究方向：生物3D打印、功能性组织工程支架在口腔软硬组织缺损修复中的应用研究。

石    珏

博士、主治医师

中华口腔医学会遗传病与罕见病专委会青年委员，中华口腔医学会牙与牙槽外科专委会青年委员，浙江省口腔医学会口腔颌面外科专委会青年委员兼专委会秘书。主持国家自然科学基金青年基金，浙江省科技卫生厅等项目，国内外发表多篇高质量论文。

研究方向：牙槽外科、正颌外科、口腔种植等。