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近日，新加坡国立大学（NUS）研究人员开发了一种通过将3D生物打印与人工智能（AI）相结合的方法来制造个性化牙龈组织移植物。该团队在新加坡国立大学牙科学院助理教授Gopu Sriram的带领下，研究出的这种方法为传统的移植提供了一种可定制且侵入性较小的替代方式。传统的移植方法通常需要从患者的口腔中采集组织，会带来人体不适和有限的组织可用性的问题。
这项技术解决了牙科手术中例如牙周病或牙科植入物造成的牙龈缺陷的关键难题。它可以精确制造出适合个人的组织结构，改善治疗的效果并降低组织感染等风险。该团队的研究结果以“3D Bioprinting and Artificial Intelligence-Assisted Biofabrication of Personalized Oral Soft Tissue Constructs”为题发表在“Advanced Healthcare Materials”期刊上，研究得到了新加坡全国增材制造创新中心（NAMIC）和新加坡国立大学卫生系统（NUHS）的支持。
口腔软组织缺损的再生，包括与牙齿和种植体周围的牙龈或粘膜组织的衰退或缺失相关的粘膜牙龈缺损，对于恢复口腔组织形态、功能和健康至关重要。这项研究使用三维（3D）生物打印技术制造具有精确尺寸、形状和逐层细胞组织的个性化移植物，使用人工智能（AI）衍生的工具简化迭代生物打印参数优化和生物打印参数之间相互作用的分析，其可以实时监控生物打印过程，检测和纠正打印过程中的偏差或错误，从而提高生物打印结构的质量和一致性。这项研究代表了个性化软组织移植物生物制造的重要一步，为牙周病和牙科种植体相关的牙龈粘膜缺损的修复和再生提供了潜在的应用。
利用自体移植物和3D生物打印技术重建粘龈缺损的示意图。(A) 从健康供体部位获取的自体移植物并将其移植到受体部位重建粘龈缺损的金标准临床方法，(B) 使用3D生物打印技术并通过AI优化生物打印参数培养的牙龈组织
Dean Ho教授说：“为了加快3D生物打印过程，我们将人工智能集成到工作流程中，以解决这一关键瓶颈，”这大大减少了优化生物打印参数所需的实验次数，从数千次减少到仅25次。 该团队开发了一种特殊的生物墨水，可在支持细胞生长的同时保持打印结构的完整性。
Sriram助理教授说：“我们的研究是首次专门将三维生物打印和人工智能技术结合起来，用于定制口腔软组织结构的生物制造研究。打印出的牙龈移植物在打印后和18天的培养期中保持了90%以上的细胞活力，显示出强大的生物仿生特性和类似天然牙龈组织的多层结构。通过创建与患者伤口精确匹配的移植物，减少了采集组织的需要，最大限度地降低了伤口闭合过程中的变形和张力。”
这项研究展示了人工智能衍生的生物打印参数优化，以及用于制造形状控制的牙龈组织结构的3D生物打印策略。在以口腔粘膜和牙龈组织修复的工程背景下，3D生物打印的探索为个性化治疗策略和精密牙科开辟了新的途径，从而能根据个人需求制造患者特定的粘膜牙龈移植物。通过提供个性化的牙龈组织，根据具体的临床情况，在大小，形状和体积方面，可以潜在地提高粘膜牙龈手术的修复结果。
这项研究的影响结果可能会超越牙科范围，其应用范围可能扩展到皮肤等其他组织，如促进无疤痕愈合中。该团队未来的工作将侧重于生物体内植入、与宿主组织的移植以及在具有挑战性的口腔微环境中的长期稳定性的研究，以评估移植体在口腔环境中的整合情况，并探索使用多材料生物打印技术将血管纳入构建体中，旨在期望他们的研究成果能推动再生牙科和更广泛的组织工程应用。
这项工作采用的AI工具可以用于简化整个生物打印工作流程，包括预打印，打印和打印后阶段，从而提高效率和改善生物结果。总的来说，这项研究为个性化牙龈（口腔）软组织移植物的生物制造开辟了新的途径，这种移植物具有更高的效率、结构完整性和生物仿生特性，可用于解决与软组织和粘膜牙龈缺损、牙周疾病和牙科种植并发症相关的临床和技术难题，最终改善患者的治疗效果和生活质量。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。
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