3D生物打印技术在组织工程和器官移植中应用的研究进展

3D生物打印是一种利用计算机三维数字成像技术和多层级连续打印的特点,以活细胞为原料打印活体组织的技术,能够制作出高精度且更为适合人体的模型和组织器官。目前,3D生物打印已在组织损伤修复和器官移植等领域取得了一定的成果,被应用于皮肤、人造血管、牙齿、心脏组织和骨质结构的再生与重建。本文阐述了3D生物打印技术的基本原理,总结了组织工程中3D生物打印的常用方法,概括了目前3D生物打印技术在组织和器官修复中的研究进展。     

应用明胶甲基丙烯酰胺低温3D打印组织工程软骨

目的：探讨应用低温3D打印制作的明胶甲基丙烯酰胺（gelatin methacrylamide,GelMA）支架能否构建高质量组织工程软骨。方法：经预冷处理后,利用低温沉积3D打印技术制备低浓度GelMA支架。大体观察、扫描电镜观察支架宏观、微观结构,并对水凝胶进行流变学和生物力学检测,以DMEM培养液培养大鼠骨髓间充质干细胞作为对照,细胞增殖（CCK?8法）和细胞活性（Live/Dead染色法）检测支架生物相容性,组织学染色定性分析支架成分。裸鼠皮下包埋支架,苏木素?伊红（HE）染色、阿利新蓝染色、番红染色评估软骨细胞外基质结构。结果：大体观察和扫描电镜观察示5％GelMA支架孔径均一,结构规整。与纯GelMA相比,添加细胞的支架力学强度稍强。骨髓间充质干细胞能在支架上黏附并增殖。体内体外组织学染色均表明构建的组织工程软骨在大小、色泽、氨基葡糖聚糖分泌等方面均满足组织工程软骨要求。结论：5％GelMA生物墨水可以在低温条件进行3D打印并成功构建组织工程软骨。     

3D生物打印在组织工程的研究及应用

3D生物打印技术是3D打印技术的一个分支与延伸,是增材制造与细胞打印的结合,是不同领域技术如工程学、生物材料学、细胞生物学、物理学、化学、制造学及医学集成的产物,是3D打印技术中新兴的、快速扩张的、富有生命力的、最具发展前景的技术领域,被认为是21世纪组织工程与生物制造的新范式,已越来越多地应用于组织工程中。3D生物打印技术可能是我们下一步超越基于传统组织工程支架的障碍和局限,以工业化生产组织工程产品。本文主要从3D生物打印技术在组织工程的研究及应用的国内外研究现状、特点、打印方式、材料,以及发展前景等方面作简要综述。     

3D生物打印技术在骨及软骨再生修复中的研究进展

3D生物打印是一种将活细胞、生物材料、药物、生长因子和基因逐层进行空间排列的技术。该技术在骨及软骨修复领域的应用取得了显著的进展,可以解决传统手术方法存在的问题,如创伤大、周期长、难度高、并发症多、生物活性和生物相容性不足等,潜力巨大。本文概述了3D生物打印技术如何通过使用生物可降解材料和细胞制造出具有生物活性和生物相容性的骨和软骨组织,旨在为后续研究提供理论基础。     

3D生物打印技术在人工器官中的应用

3D生物打印技术是一种能够在数字三维模型驱动下,按照增材制造原理定位装配生物材料及细胞单元,制造医疗器械、工程化组织、人工器官等制品。它的出现,有可能解决移植器官来源紧缺的问题,从而延续患者的生命,提高其生活质量。本文主要简述3D生物打印技术在人工骨与软骨、人工血管、人工肝脏制造中的应用及其局限性和挑战。     

3D打印技术在细胞打印方面的应用与发展

3D打印技术是一种快速成型技术.本文对3D打印的概念、发展、现状作了简要的概括,重点介绍了3D打印技术在细胞打印方面的应用,分析了各种细胞打印技术的原理及其优缺点,并对3D细胞打印的发展趋势进行了展望.     

生物来源水凝胶在膀胱组织工程中的研究进展

膀胱的修复重建一直是泌尿外科的重点研究方向,近年来随着组织工程技术的不断进步,这一问题有望从根本上得到解决.作为组织工程中最常用的支架材料之一,生物来源水凝胶可以模仿天然组织的结构,为细胞提供理想的生存环境和机械支持,其具备良好的生物相容性、可降解性和可塑性等,在膀胱组织工程中有广阔的应用前景.本文将对各种生物来源水凝...     

3D打印技术在全膝关节置换术中的临床应用研究进展

3D打印技术作为制造业中的革命性进步,是一项快速发展的技术,其在医学领域的应用中也获得了迅猛发展,且在全膝关节置换手术(Total Knee Arthroplasty,TKA)中应用越来越广泛,3D打印技术具有可缩短手术时间、提高截骨精准度、使个性化假体更吻合等优势。本文介绍了3D打印技术的定义、发展过程及操作流程,阐述了其在TKA中的应用现状,分析了该技术在TKA医学教育和术前沟通、手术操作术前规划、截骨导板的设计及应用、个性化内置物假体的打印及膝关节软骨再生方面的优势,并展望了该技术对TKA及关节软骨再生方面的热点,以期为3D打印技术广泛运用于TKA奠定一定的理论基础。     

3D打印技术在医学中的应用

目前3D打印技术被广泛应用于口腔、整形美容、骨科等各个领域,解决了许多临床疑难问题,在为患者带来重生希望的同时也促使临床工作不断改革与创新.本文阐述3D打印技术的优越性,并就3D打印技术未来更广泛地应用于临床进行探讨.     

壳多糖组织工程支架材料的制备及其应用

目的:探索一种简单的制备壳多糖细胞外基质网架的方法,考察该基质网架作为组织工程支架材料应用的可行性。方法:壳多糖溶于乙酸,搅拌成均匀泡沫状,冷冻铸型制成海绵状多孔基质网架。利用光镜、电镜等方法测定该网架的孔径和空孔率。分别应用该网架构建复层组织工程皮肤和组织工程软骨。 结果：制备的壳多糖网架外观呈多孔海绵状,光镜下观察有大小不等的孔隙;扫描电镜下观察,网架错综相连成许多网孔,孔径为83～136 μm,平均孔径为110 μm,平均三维空孔率为78%。构建的复层组织工程皮肤具有与天然皮肤极为相似的表皮和真皮双层结构,皮肤角朊细胞和成纤维细胞贴附于网架生长、增殖,形成连续的细胞层,细胞层数增多明显,并分泌角质样物质和基质样物质,网架逐渐降解。软骨细胞在网架上贴附、增殖良好,并分泌细胞外基质;组织学观察有新生软骨组织形成。结论：制备的壳多糖细胞外基质网架具有一定的孔径和空孔率,适于细胞贴附生长和增殖,将其作为组织工程支架材料具有较好的应用前景。     

细胞膜片在骨与软骨组织修复及再生中的研究进展

细胞膜片技术是一种应用不同方式将细胞制备成片状的技术,该技术保留了大量的细胞外基质,在骨与软骨组织的修复与再生过程中起到了重要作用。本文将温度敏感培养法、表面修饰法、不需要任何表面修饰的制备细胞膜片的3种方式,以及细胞膜片技术在骨、软骨修复与再生领域中的研究进展及发展前景进行综述。     

Printability–A key issue in extrusion-based bioprinting

Three-dimensional (3D) extrusion-based bioprinting is widely used in tissue engineering and regenerative medicine to create cell-incorporated constructs or scaffolds based on the extrusion technique. One critical issue in 3D extrusion-based bioprinting is printability or the capability to form and maintain reproducible 3D scaffolds from bioink (a mixture of biomaterials and cells). Research shows that printability can be affected by many factors or parameters, including those associated with the bioink, printing process, and scaffold design, but these are far from certain. This review highlights recent developments in the printability assessment of extrusion-based bioprinting with a focus on the definition of printability, printability measurements and characterization, and printability-affecting factors. Key issues and challenges related to printability are also identified and discussed, along with approaches or strategies for improving printability in extrusion-based bioprinting.     

壳聚糖膜覆盖3D打印双相磷酸钙骨组织工程支架的制备和性能

目的：将壳聚糖（CS）膜覆于3D打印制备的双相磷酸钙（BCP）支架上制备成复合支架,探讨其在骨组织工程中的应用潜力。方法：采用3D打印制备BCP支架,采用CS膜覆盖制备BCP/CS支架。采用原子力显微镜和扫描电子显微镜分别观察2组支架的表面粗糙度和超微结构,通过平均称重法测定2组支架吸水率。培养小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）,采用CCK-8法分别测定2种支架浸提液与细胞共培养不同时间（1、3和5 d）的毒性等级,同时设空白组;将2组支架分别与细胞共培养,采用CCK-8法检测不同时间（1、3、5和7 d）细胞的增殖活性。结果：原子力显微镜下观察,BCP/CS支架表面粗糙度低于BCP支架。扫描电子显微镜下观察,BCP支架平均孔径为350~450 μm,BCP/CS支架平均孔径为250~300 μm。BCP支架吸水率为（32.00±2.43）%,BCP/CS支架吸水率为（37.75±2.21）%,2组间吸水率比较差异有统计学意义（P<0.05）。按照国家标准（GB/T16886.5-2003）对2组支架浸提液毒性进行评级,在1、3和5d时,2组支架毒性等级均为0级、1级和1级。MC3T3-E1细胞可在BCP/CS和BCP支架上黏附并增殖,2组细胞数量均随着时间的延长均呈单纯性升高,培养至第7天时BCP/CS支架组细胞增殖活性明显高于BCP支架组和空白组（P<0.05）。结论：BCP/CS复合支架具有符合骨组织工程支架材料的表征,无细胞毒性,并且可以提高细胞的增殖能力,具有作为骨组织工程支架的潜力。     

聚多巴胺涂层3D打印双相磷酸钙组织工程支架的制备及其评价

目的：在3D打印制备的双相磷酸钙（BCP）支架的表面进行聚多巴胺（PDA）涂层,构建成骨活性较高的新型骨组织工程支架,并对其应用潜力进行初步评价。方法：通过3D打印技术制备BCP生物陶瓷支架,将制备完成的组织工程支架在多巴胺溶液中浸泡,以使支架表面形成纳米级的PDA覆膜结构,无PDA涂层的支架为3DBCP组,有PDA涂层的支架为PDA-3DBCP组。利用扫描电子显微镜观察各组支架表面微观形貌,通过测定支架表面的水接触角表征材料的亲水性,采用比重法测定支架的孔隙度,万能试验机检测支架的机械强度,CCK-8方法检测支架上细胞的增殖活性。结果：与3DBCP组比较,PDA-3DBCP组支架表面水接触角明显缩小（t=5.06,P<0.05）,支架孔隙度和机械强度差异无统计学意义（t=0.103,P>0.05;t=0.002,P>0.05）。将细胞接种至支架并进行1、3和5 d的复合培养,CCK-8法检测,随着培养时间的延长,2组细胞增殖活性逐渐升高,第5天时与3DBCP组比较,PDA-3DBCP组支架细胞增殖活性明显升高（t=39.3,P<0.05）。结论：PDA涂层的3D打印BCP多孔支架符合骨组织工程支架材料的表征,并且可以提高细胞的增殖能力,具备作为骨组织工程支架的潜力。     

可注射性同种异体工程化软骨的构建

目的　研究在有免疫力的动物体内形成同种异体工程化软骨的可行性 ;并验证本实验使用的生物材料聚氧化乙烯丙烯凝胶 (Copolymer gel of ethylene and propylene oxide)在组织工程研究中应用的可行性 .方法　无菌条件下取新生兔关节软骨 ,经 型胶原酶消化 ,将软骨细胞和生物材料复合成细胞浓度为 5× 10 7m l- 1的复合物并移植于兔皮下 ,同时设立单独注射细胞和材料两个对照组 .分别于 4,6 ,8,12 wk取材行大体观察 ,石蜡切片 HE染色 ,Safranin O染色 ,Masson's三色染色 ,了解软骨形成情况 .结果　 2 wk后即可于皮下触及新生结节 ,4wk后取材即有基质分泌及胶原形成 .于 6 wk左右软骨接近成熟 ,生物材料基本吸收 .8,12 wk软骨基本接近正常软骨 .实验中未见明显的免疫排斥反应 .而对照组未见软骨形成 .结论　该实验使用的生物材料具有良好的生物相容性 ,可降解性 ,无细胞毒 ,是较理想的组织工程生物材料 ;应用该实验的方法可在有免疫力的动物体内形成同种异体工程化软骨 ,这为临床某些美容和重建手术提供了一种微创而可塑型的可能的手段 .     

组织工程研究进展

各种原因导致的组织、器官缺损或功能障碍是危害人类健康的主要原因,组织、器官缺损的修复和功能重建是医学领域面临的挑战.组织工程学的建立和发展,改变了传统的”以创伤修复创伤“的组织移植治疗模式.从人体获取少量自体组织,提取种子细胞并经过体外扩增后种植到支架材料上,经过体外培养形成工程化组织后再植入体内,修复相关组织缺损并恢复原有功能.这样的组织再生模式可以真正实现无创或微创的组织器官再生和功能重建.围绕种子细胞、生物材料、组织构建等组织工程基本要素,以组织构建为核心,开展了包括骨、软骨、肌腱等多种组织构建和大动物组织缺损修复的研究,取得了一系列重要进展,并成功开展了组织工程骨的小规模临床应用.这些研究成果,证实了组织工程的广阔应用前景,奠定了向临床应用的基础.该成果于2008年荣获国家科技发明二等奖.     

骨组织工程研究进展

骨组织工程是组织工程领域发展较快的分支之一，现综述种子细胞、支架材料，种子细胞与支架材料相互作用等方面在骨组织工程中的研究进展。利用转基因技术对种子细胞进行改造，模仿骨的结构和成分制造仿生生物支架，改进材料性能促进细胞与支架材料的相互作用。明确生长因子的序贯作用及其调控机制将是今后骨组织工程研究的主要方向。