用于牙周炎源性骨缺損修復(fù)的3D打印生物墨水

牙周病是被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為危害人類(lèi)健康的三大疾病之一。恢復(fù)牙周炎引起的骨喪失是避免牙齒松動(dòng)脫落的關(guān)鍵步驟之一。然而，由于生物功能材料的應(yīng)用單一以及口腔炎癥和細(xì)菌微環(huán)境的存在，目前臨床上廣泛應(yīng)用的牙周骨再生材料或技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)牙槽骨再生。南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院于光濤等人聯(lián)合深圳灣實(shí)驗(yàn)室饒浪教授課題組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種3D打印生物墨水用于牙周炎源性骨缺損修復(fù)，該生物墨水由EPLGMA為主體并裝載干細(xì)胞和細(xì)胞囊泡用于發(fā)揮抗菌抗炎促成骨功能。相關(guān)研究成果以題為“3D-printed bioink loading with stem cells and cellular vesicles for periodontitis-derived bone defect repair"的文章發(fā)表在《Biofabrication》上。南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院博士研究生趙瑜越、深圳灣實(shí)驗(yàn)室博士后朱文祥為第一作者，南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院于光濤、容明燈、麻丹丹和深圳灣實(shí)驗(yàn)室饒浪教授為共同通訊作者。

圖1. 仿生3D打印墨水的制備工藝及其對(duì)牙周炎源性骨缺損的生物學(xué)作用示意圖

圖2. EPLGMA的特點(diǎn)。(a) EPLGMA制備工藝示意圖。(b) EPLGMA狀態(tài):藍(lán)光照射前(左)和照射后(右)。(c)凍干EPLGMA的掃描電鏡。(d) EPL和EPLGMA的1H NMR譜。(e) EPLGMA的時(shí)間掃描流變分析。(f) EPLGMA的粘度。(g) EPLGMA的壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。

圖3. 3D打印系統(tǒng)對(duì)EPLMA生物墨水進(jìn)行個(gè)性化3D打印。

圖4. EPM的抗菌性能。(a) EPM抗菌功能示意圖。(b) PBS(對(duì)照)和EPM處理2 h后的牙齦卟啉單胞菌(P.g)的血平板培養(yǎng)照片。(c)不同組牙齦卟啉單胞菌數(shù)量的定量評(píng)價(jià)。(d) PBS(對(duì)照)和EPM處理后的牙齦卟啉單胞菌活/死染色。

圖5. MDSCs-MV的抗炎特性(a) MDSCs-MV生物學(xué)功能示意圖。(b) Western blot檢測(cè)MDSCs和MDSCs- mv的特征性膜蛋白標(biāo)志物。(c) MDSCs-MV孵育后T細(xì)胞的代表性共聚焦圖像。(d) CD3和MDSCs-MV熒光強(qiáng)度線(xiàn)掃描。(e)流式細(xì)胞術(shù)定量T細(xì)胞MDSCs-MV的熒光強(qiáng)度。(f) Elisa法檢測(cè)轉(zhuǎn)染MDSCs-MV或不轉(zhuǎn)染MDSCs-MV后T細(xì)胞分泌腺苷的情況。(g)經(jīng)MDSCs-MV或不經(jīng)MDSCs-MV孵育后CD4+ T細(xì)胞CFSE稀釋的典型流式細(xì)胞術(shù)圖。(h)不同組CD4+ T細(xì)胞CFSE稀釋度的定量分析。(i) CD8+ T細(xì)胞加或不加MDSCs-MV孵育后CFSE稀釋后的典型流式細(xì)胞術(shù)圖。(j)不同組CD8+ T細(xì)胞CFSE稀釋度的定量分析。

圖6. EPM的體內(nèi)骨再生效果。(a)生物墨水治療人工牙周炎骨缺損小鼠模型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。(b)用不同生物墨水完成的3d打印。(c)生物墨水治療牙周炎骨缺損的手術(shù)過(guò)程圖片。(d)術(shù)后2、3個(gè)月不同治療組下頜骨缺損區(qū)具有代表性的三維Micro-CT圖像。(e) - (i) BV (f)、BV/TV (f)、Tb.N (g)和Tb.Th(h)的定量分析。