3D生物打印技术及其在牙周骨缺损修复中的应用

与传统的"减材"制造相比,3D打印技术具有精确的个性化设计、快速成型、复杂精细产品制造等"増材"制造的明显优势。近年来,为了提高治疗的个性化及精确性,医学领域已经广泛应用3D生物打印技术进行术前诊断、手术设计、术前模拟以及组织再生等各个阶段。本综述首先介绍3D生物打印技术的概况及其过程,主要分为成像及模型设计、生物材料及细胞类型的选择、不同类型的生物打印等。在口腔牙周缺损修复中,3D生物打印技术通过重建其组织缺损部位的解剖结构,应用生物复合材料逐层精确地堆积出个性化植入物,增加了植入物的稳定性与术后骨结合率,使口腔组织形态及功能都得以恢复。然而,材料选择的局限性等问题给3D生物打印技术在修复牙周骨缺损的发展带来了障碍。本文就3D生物打印技术应用于牙周骨缺损修复中的复合生物材料、细胞、生物活性药物传递等几个方面逐一介绍。     

3D打印技术在生物学中的应用与进展

现代成像技术是生物医学领域中的一个重要组成部分。然而,由于传统的2D方法所具有的代表性,使得许多包含3D 重建的传统方法被限制。3D 打印,也被称作快速原形技术或者增材制造技术,它是通过电脑辅助,分层加工、逐层叠加的方式获得三维产品,曾经应用在工业与制造领域中。3D 成像分析会提供比2D 放射线照相技术更详细的信息,由于3D 打印的这些附加优点,因此它可以应用于术前计划以及再生治疗中。现如今,3D 打印技术已经被广泛的应用于医学领域。例如,3 D 打印技术的应用已经被延伸到组织或器官的生物细胞打印,组织工程中骨架的创造以及在多样的医学领域中的实际临床应用。本文就目前3D 打印技术在生物学中的应用及进展加以综述。     

构建骨组织工程支架中应用的3D打印技术

背景：3D打印技术自20世纪末出现以来逐渐应用在医学领域已成为一种趋势。近年来3D打印技术被广泛用于骨组织工程支架材料的成型,并取得了一些令人惊喜的成果。 目的：文章从骨组织工程支架基本概念、3D打印的基本原理和流程、3D打印应用于构造支架的要求以及不同的粉末材料等方面进行阐述,分析其优势与目前存在的局限性,并对未来3D打印在骨组织工程支架中的应用进行展望。 方法：第一作者应用计算机检索1990年1月至2015年2月MEDLINE数据库、Science Direct全文数据库、中国期刊全文数据库、维普中文期刊网等有关3D打印技术在构建骨组织工程支架中应用的文章,检索词“3D打印,组织工程学,快速成型技术,支架,材料”,排除重复性研究。文章共检索到52篇相关文献,其中33篇文献符合纳入标准。 结果与结论：3D打印技术具有高精度、构建速度快、可按需制造实现个性化定制等优势。3D打印应用于骨组织工程支架构建时,所用的粉末或黏合剂需具备一定的条件,如流动性、稳定性与可湿性等。用于打印的粉末材料可分为人工合成多聚体、天然高分子聚合物、生物陶瓷及它们的混合物。不同粉末材料的粉末各自优缺点不同,且最终成型效果也不尽相同。3D打印技术也存在一些包括费用昂贵、不易大规模生产等方面的局限性。但尽管如此,3D打印的临床应用前景一片光明。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

3D打印技术在儿童骨科的应用研究进展

目的 总结3D打印技术在儿童骨科的研究进展,为3D打印技术与儿童骨科更好地融合发展提供理论依据。方法 以“3D打印”“小儿骨科”“解剖模型”“畸形矫形”“骨肿瘤”和“three-dimensional printing”“pediatric orthopaedic”“anatomical mode”“deformity orthopaedic”“orthopaedic”“bone tumour”为中英文关键词分别在中国知网、万方数据、PubMed、Web of Science 等数据库检索2010年1月-2019年9月关于3D打印技术在儿童骨科应用研究的文献,对其进行归纳分析。结果 共检索到相关文献1 197篇,其中中文文献540篇、英文文献657篇,剔除重复性研究、内容不符、无法获取全文,以及3D打印技术应用于成年患者和颅颌外科领域相关的文献,最终纳入文献34篇。3D打印技术可以制造个体化解剖模型,模拟手术操作、设计手术方案;制造导航模板指引手术;制造个体化支架;在骨组织工程方面亦取得一定的进展。结论 3D打印技术快速、精准、个性化的特点,促进了骨科手术个性化、微创化的发展。3D打印技术将通过外科教育、术前规划、个体化定制手术材料(如植入物、假体和手术导板等)以及组织工程的应用来改善手术效果。     

文章导读

3D打印骨科模型是3D打印技术在医学领域应用较早、范围较广的一项技术。随着数字化技术和医疗科技的发展,3D打印技术越来越多地应用于骨科其他领域,如3D打印导板、3D打印内植入物等。本期专刊文章从3D打印骨科模型、3D打印手术导板、3D打印内植入物、3D打印教学应用等方面出发,探讨3D打印技术在骨科中的应用,以期为临床应用提供参考。     

三维打印技术在肝脏外科和肝毒性评价中的研究进展

三维(3D)打印作为一种新兴的快速成型技术,已广泛应用于生物医学领域。3D打印最初在医学中主要用于可视化模型、模具的构建,但随着生物医学领域3D打印技术的发展,该技术逐渐应用在复杂组织再生和器官重构等方面,通过生物3D打印获得的人工组织和器官,有望用于器官移植以及进行新药研发和药物毒性评价等医药学相关的研究。本文重点阐述了3D打印技术在肝脏外科中的个体化应用,并重点介绍了生物3D打印技术在肝移植、药物肝脏代谢和肝毒性评价中的研究进展,并进一步对其未来发展趋势进行了展望。     

3D生物打印技术在心脏组织工程中的研究进展

心脏组织工程（CTE）是一种具有发展前景的心脏修复技术，为心脏组织的研究提供了平台，其主要应用于修复受损或无效的血管、心脏瓣膜和心肌。三维（3D）生物打印技术已经越来越多地用于医学的不同领域，包括心血管疾病（CVD）。文章就CTE的3D生物打印技术的最新进展作一综述，针对特定CVD患者的3D打印模型，重点介绍了3D打印模型在先天性心脏病、冠状动脉疾病及主动脉瓣疾病等CAD中的应用，以及生物打印过程中常用于生物墨水的海藻酸盐、明胶、纤维蛋白和胶原蛋白等生物材料，并分析了3D生物打印技术在CTE领域的应用前景及未来要面临的挑战。3D生物打印技术因能够将多个细胞整合到具有复杂3D结构的打印支架中而备受关注，为多种CAD患者提供更多治疗方案，增强了临床医生对复杂疾病的理解和对复杂手术的信心。随着3D打印技术的发展和打印材料的改进，3D打印技术将在CTE中应用会越来越广泛。     

3D生物打印技术及其在组织工程中的应用

3D生物打印是在3D打印(three-dimensional printing,3DP)和组织工程等多学科融合的基础上发展出来的一种新兴应用技术,该技术能够根据数字化的模型设计将生物材料和/或细胞打印成三维生物功能体,被广泛应用于血管、骨骼等组织的再生与重建领域.     

3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗中的应用北大核心

背景:3D打印技术的临床应用为唇腭裂精准化、个性化治疗提供了有效的辅助手段。目的:归纳3D打印在唇腭裂诊治中的应用现状,展望3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗上的应用前景。方法:通过计算机检索中国知网、万方和PubMed数据库,以“唇裂、腭裂、唇腭裂、3D打印”为中文检索词,以“Cleft Lip,Cleft Palate,Printing,Three-Dimensional”为英文检索词,共检索出约77篇相关文献。根据纳入和排除标准,最终纳入68篇文献进行汇总、归纳,具体包括唇腭裂的分类、治疗、3D打印技术应用现状等相关内容。结果与结论:①在术前(后)正畸及塑形中,3D打印提供了个性化矫治器,且随着生物活性剂的加入,还出现了多种矫治器制造的新策略,包括使用新型材料和药物涂层,使得3D打印矫治器能具有抑菌性作用,提升了治疗效果,但目前矫治器材料强度、硬度以及长期有效性均有待进一步探索。②在手术计划与模拟环节中,引入3D打印导板和计算机辅助虚拟手术系统,用来规划手术指南,帮助了术者更精准地进行手术操作,降低了手术难度,然而其主要针对骨性组织的辅助治疗,在唇腭裂软组织方面的辅助作用较弱。③在术中植入物环节中,个性化组织工程结构的生物材料因拥有良好的骨创导、骨再生性,且贴合患者骨组织的三维空间结构,是用于唇腭裂患者骨性裂隙植入修复的研究热点材料,但其在治疗过程中的生物相容性、安全性还未进行深入研究。④在手术培训与教育方面,3D打印解剖模型能帮助医学工作者更好地学习唇腭裂相关理论知识及手术技巧,同时可以作为医患沟通的良好工具。⑤因此,利用3D打印技术,配合计算机辅助虚拟手术系统以及个性化组织工程结构的生物材料来治疗唇腭裂,可促进唇腭裂由经验治疗向个性化及精准化治疗的转变,达到唇腭裂治疗效果。     

基于3D打印个性化手术导航模板辅助下的人工全膝关节置换

背景：膝关节的解剖形态个体差异显著,而传统膝关节置换手术定位力线方法复杂,不能准确预测术中患者的力线位置、假体大小及截骨量。 目的：探讨基于医学图像三维重建、计算机辅助设计技术以及3D打印制造的个性化手术导航模板辅助下全膝关节置换的临床效果。 方法：采用CT或者磁共振扫描设备对患者进行扫描,获取患者医学图像数据;采用二维医学图像处理技术进行骨骼的三维重构;利用计算机辅助设计技术进行导航模板的设计;采用3D打印技术制造个性化手术导航模板,并进行临床全膝关节置换;置换后采用影像学评估术后效果。 结果与结论：Arigin 3D Pro(昕健医疗技术有限公司)能够准确重构出患者下肢骨骼三维模型,自主研发的三维设计软件Arigin Surgical Templating(昕健医疗)能够精确定位包括下肢力线、股骨旋转轴等在内的下肢相关轴线及截骨参考点。该组研究设计和制作的个性化膝关节手术导航模板,术中和股骨髁与胫骨平台骨性解剖结构贴合紧密,无明显移动;全膝关节置换后患者下肢力线偏差小于3°。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

3D打印技术在生物医学领域的应用研究进展

3D打印技术在生物医学领域有着独特的优势与广阔的应用前景。近年来,细胞打印、组织打印、器官打印相继出现,药物打印、医疗器械打印等亦陆续实现。面对复杂手术病例,外科医生和科研人员探索了结合3D打印技术的手术方案,完成了包括案例讨论、手术模拟及植入手术等众多临床应用,促进了3D打印技术在医学领域的应用与发展。旨在从医学教学、骨科手术、口腔医学、生物打印、药物打印、医疗器械制造等方面描述3D打印技术在医学领域的应用研究现状,并对其未来发展提出了展望。     

中国国际3D打印技术与应用大会即将在沪举行

由上海工业设计协会主办,上海泽塔会展服务有限公司承办的"中国国际3D打印技术与应用大会"将于2012年5月30日至31日在上海环球金融中心举行。本次大会将首次全面、系统、深入地向国内各界介绍与交流3D打印技术及其生物医学工程领域的应用,其中包括数字化牙种植、个性化植人体、CAD/CAM、手术导板制作、组织工程与生物打印等。全球首例     

膝关节置换中的3D打印技术

<正>1项目概述个体化和精确化是骨科的一个重要方向,近年来,随着计算机技术在医学领域的应用,数字医学应运而生并蓬勃发展,使骨科手术精确化、个性化的手术设计成为可能。随着3D打印技术的出现,使数字化设计实现了从虚拟模型到现实模型的跨越。3D打印技术,即一种"快速成型技术",它是一种以数字模型文件为基础,集成CAD技术、数控技术、激光或电子束技术和材料科学等现代科技成果,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过分层     

3D打印技术在医学领域中的应用

3D打印技术是新型的快速打印技术,它结合了三维扫描、计算机辅助数字化成型等技术,实现高精度、高效率、低费用地打印立体结构。在医学领域,3D打印通过对骨骼、肌肉、血管、神经等解剖结构进行高仿真地精确打印,用于辅助解剖学、病理学教学、临床实习生的手术模拟、医生术前讨论与手术方案制定,也被作为植入体用于患者缺损组织的修补。通过将活细胞与仿生材料相结合进行的3D生物打印,可用于药物筛选、药效评价,还可实现组织器官再造、器官移植等。     

3D打印技术在牙科制造领域中的应用及未来

文题释义： 熔融沉积成型：是将热熔性材料加工成丝状,经过送丝机构到达热熔喷嘴上,之后热熔性材料被加热装置加热融化,沿着打印机已经设定好的路径进行运动,同时加热融化的丝状材料在成型平台上凝固成型,层层粘接堆积,最终形成产品模型。 光固化立体成型技术：能够在微米级的精细分辨率下制造高表面质量的零件,其成型过程就是树脂材料进行光固化聚合的过程,一般是以点成线、以线成面,然后成型平台根据打印参数决定的打印层厚进行升降。 背景：对于牙齿缺损或缺失的病例,需通过个性化制作修复物达到治疗目的。传统的制作工艺耗时长、费用高、精准度差。3D打印技术引入牙科制造后,能一定程度提高制作效率和品质。 目的：介绍 3D 打印技术在牙科制造中的应用现状,讨论目前应用中存在的技术瓶颈,展望未来3D打印技术在牙科制造应用的发展方向。 方法：作者以“3D printing,metal implant,dental manufacturing,dental restorations,3D 打印,骨缺损,金属内植物,牙科制造,牙科修复”等为关键词,检索1980至2019年期间的Web of Science、万方、CNKI 数据库中的相关文献。初检文章 261 篇,筛选后对60篇文章进行参考总结。 结果与结论：3D 打印牙模、数字化种植导板、蜡型等已在牙科制造中得到应用和推广,3D打印技术在牙科制造已得到较广泛的应用,使用最为广泛的6种工艺分别是树脂光固化成型、叠层实体制造、熔融沉积成型、选择性激光烧结、选择性激光熔化、立体喷墨技术。目前3D打印技术在牙科制造领域的应用存在着一定的技术瓶颈,突破技术瓶颈后,3D打印技术在未来的牙科制造领域将能发挥更大作用。 ORCID: 0000-0002-0781-7537(姚路) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

组织工程中3D生物打印技术的应用

背景：近年来,研究者将最先应用于工程领域的3D打印技术嫁接到组织工程学中,希冀利用3D生物打印技术进行体外组织、器官复制过程,并取得了一些令人惊喜的成果。 目的：从3D打印技术的原理、打印操作步骤、与组织工程学的关系、优势和难题、临床应用等方面对其目前的发展趋势做一概述。 方法：第一作者应用计算机检索2000年1月至2013年10月PubMed数据库、中国期刊全文数据库、维普中文期刊网有关3D生物打印技术在组织工程中应用的文章,英文检索词“three-dimensional bioprinting, tissue engineering, rapid prototyping technology, scaffold materials, selective laser sintering, fused deposition modeling, stereolithography ”,中文检索词“3D生物打印,组织工程学,快速成型技术,支架材料,选择性激光烧结,熔融沉积成型,立体光刻技术”,排除重复性研究。共检索到79篇相关文献,其中52篇文献符合纳入标准。 结果与结论：3D生物打印就是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助,应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构,然后利用相应的材料,逐层创建出实体的一种组织工程学技术。其具有高精度、构建速度快,可实现按需制造等优势,但也面对力学、生物学等方面的难题,临床应用前景广阔。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

3D打印技术在胫骨平台后柱骨折诊治中的应用优势与展望

文题释义： 3D打印技术：3D打印技术作为一项新兴技术,目前已经广泛应用于骨科临床。主要以三维CT数据建模,利用计算机辅助设计,以离散•堆积/黏合成型技术为原理,打印出1∶1的解剖结构实物模型。 个性化治疗：以目前医疗技术发展状况为背景,运用3D打印技术打印实物模型进行诊断和术前规划,为患者量身设计个性化治疗方案,以达到临床治疗效果的一门新型定制医疗技术。 背景：3D打印技术的临床应用为胫骨平台后柱骨折手术微创化、个性化治疗,提供了有效的辅助手段。 目的：归纳胫骨平台后柱骨折的诊治现状,展望3D打印技术在胫骨平台后柱骨折诊疗上的应用前景。 方法：通过计算机检索CNKI、万方、PubMed数据库,检索词为“胫骨平台骨折、后柱、3D打印技术、tibial plateau fracture、posterior column、3D printing technology”。共检索出约210篇相关文献,根据纳入和排除标准,最终纳入56篇文献进行汇总、归纳。具体包括胫骨平台后柱骨折的分型、手术治疗、3D打印技术应用现状和术后康复等相关内容。 结果与结论：胫骨平台后柱骨折是一种特殊类型的平台骨折,传统诊断方法易漏诊,而依据3D打印的实物模型则能做出直观的诊断、分析受伤机制及分型。在胫骨平台后柱骨折的治疗中,传统的手术入路选择很多,有后侧入路(后内侧入路、后外侧入路)、后内侧倒“L”入路、前内/外侧入路、前外侧后内侧联合入路、关节镜微创治疗以及其他的临床入路,但目前各手术入路在临床上的应用尚未规范统一。3D打印技术的应用进一步完善了胫骨平台后柱骨折的诊断分型,为术前指导个性化手术方案、手术入路选择及对骨折部位植骨量的预估、术后康复提供参考。 ORCID: 0000-0003-4126-8532(高迪) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

3D打印骨组织工程支架的研究与应用

背景：虽然应用传统方法制作骨组织工程支架取得一定成就,但在支架的三维结构、力学强度、支架个性化方面不太满意,通过3D打印技术制作支架的方法有望改变这些不足。 目的：对3D打印技术制作骨组织工程支架作一综述,对支架的未来优化进行展望。 方法：应用计算机检索PubMed和谷歌学术数据库中,2008至2015年关于3D打印技术制作骨组织工程支架的文章。纳入包含骨组织工程支架结构设计、材料及通过不同3D打印技术制作的支架性能研究文章,排除观点重复和陈旧的文章,最后对37篇文献进行归纳总结。 结果与结论：目前可用作骨组织工程支架制作的3D打印技术有熔融层积成型、立体平版印刷、选区激光烧结及3DP技术。3D打印技术制作的骨组织工程支架在力学、结构、个性化方面有其独特优势,但该技术仍有很多问题需要解决,比如原材料的问题、不同3D打印技术的不足问题及3D打印机器的改进问题等。相信在未来多学科的共同合作下,可以制作出适合于临床的骨组织工程支架,造福于人类。  中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

3D打印与组织工程心肌、心脏瓣膜、大血管及血管网的构建

背景：由于3D打印技术具有高度的仿生性和复制精微复杂结构的优势,被广泛应用于骨科、整形美容、医学修复与心血管疾病的诊疗中。 目的：综述3D打印技术在构建心脏瓣膜、再生血管、工程心肌组织和心血管疾病模型等方面的研究进展、优势及存在的问题,并展望其临床运用前景。 方法：由第一作者检索PubMed数据库、CNKI数据库2013年4月至2015年4月的相关文献,检索关键词为“3D printing,cardiovascular system,rapid prototyping;3D打印,心血管,快速成型技术”。 结果与结论：目前,3D打印技术涉及了心血管研究和应用的各个方面,在组织工程心肌、组织工程心脏瓣膜、组织工程大血管及血管网的构建上已有突破性进展,3D打印方案逐渐完善,其应用已从实验室研究走向临床应用。但在更广泛的运用前还有很多亟待攻克的难题,最为突出的问题之一是如何保证打印器官或组织的血供问题,尽管目前3D打印的管状结构已基本保证了组织器官的血供需求,但毛细血管的超微结构难以通过图像重建模仿,在构建局部微循环方面还有待进一步突破。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

3D打印技术在骨科康复中的应用

向康复医学、康复治疗学等专业人士介绍3D打印技术,运用此技术制作的矫形器可以达到提高患者日常生活活动能力、减轻功能障碍和减少术后并发症的目的。假肢、义肢可以个性化弥补肢体缺陷、提高器具使用率;辅助器具可以满足患者特定的功能需求,帮助其重新回归家庭和社会,提高器具的使用满意度。本文综述3D打印技术的基础以及在康复领域使用该技术的优势与现阶段存在的问题,并对未来在康复领域的应用进行展望。