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用于牙周炎源性骨缺損修復的3D打印生物墨水

更新時間:2024-02-18點擊次數(shù):1151

牙周病是被世界衛(wèi)生組織認定為危害人類健康的三大疾病之一設計標準⌒屎桶?;謴脱乐苎滓鸬墓菃适潜苊庋例X松動脫落的關鍵步驟之一交流等。然而,由于生物功能材料的應用單一以及口腔炎癥和細菌微環(huán)境的存在使用,目前臨床上廣泛應用的牙周骨再生材料或技術難以實現(xiàn)牙槽骨再生大幅拓展。南方醫(yī)科大學口腔醫(yī)院于光濤等人聯(lián)合深圳灣實驗室饒浪教授課題組設計開發(fā)了一種3D打印生物墨水用于牙周炎源性骨缺損修復,該生物墨水由EPLGMA為主體并裝載干細胞和細胞囊泡用于發(fā)揮抗菌抗炎促成骨功能更加堅強。相關研究成果以題為“3D-printed bioink loading with stem cells and cellular vesicles for periodontitis-derived bone defect repair"的文章發(fā)表在《Biofabrication》上與時俱進。南方醫(yī)科大學口腔醫(yī)院博士研究生趙瑜越、深圳灣實驗室博士后朱文祥為第一作者初步建立,南方醫(yī)科大學口腔醫(yī)院于光濤綜合運用、容明燈、麻丹丹和深圳灣實驗室饒浪教授為共同通訊作者的方法。



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圖1. 仿生3D打印墨水的制備工藝及其對牙周炎源性骨缺損的生物學作用示意圖



作者首先通過摩方精密microArch® S230(精度:2 μm)打印了以EPLGMA為主體的仿生模板效果較好,結合模板法和光引發(fā)聚合合成了EPLGMA@PDLSCs@MDCSs-MV(EPM)。具體步驟如下:首先持續,將GMA緩慢滴入EPL溶液中,得到EPLGMA再獲,在藍光(405 nm)照射后轉化為交聯(lián)水凝膠產品和服務。然后,將乳牙牙周膜的PDLSCs和MDSCs膜囊泡(MDSCs- MV)加入EPLGMA中形成溶液生物墨水體驗區。通過掃描電鏡觀察凍干生物墨水的微觀結構增多,我們可以清楚地看到網(wǎng)狀多孔結構,這有利于促進PDLSCs的增殖有望、遷移和營養(yǎng)物質或代謝物的運輸進一步推進,從而發(fā)揮作用(圖2)。

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圖2. EPLGMA的特點方案。(a) EPLGMA制備工藝示意圖應用的選擇。(b) EPLGMA狀態(tài):藍光照射前(左)和照射后(右)。(c)凍干EPLGMA的掃描電鏡左右。(d) EPL和EPLGMA的1H NMR譜背景下。(e) EPLGMA的時間掃描流變分析。(f) EPLGMA的粘度可靠保障。(g) EPLGMA的壓應力-應變曲線自然條件。



隨后關鍵技術,作者探究了仿生墨水的3D打印性能應用領域。作者利用Solidworks軟件建立三維CAD模型推進高水平,通過對于不同結構的模型進行打印,證明仿生墨水打印出的結構在大尺寸上仍能夠保持一定的精準度不同需求。隨后作者用激光共聚焦顯微鏡對打印形狀內的細胞進行顯色觀察,結果顯示細胞在3D打印仿生墨水中的形態(tài)下分布均勻擴大,并且保持良好的活力(圖3)達到。表明了EPM是一種高效、可行研究進展、個性化的打印生物墨水無障礙。

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圖3. 3D打印系統(tǒng)對EPLMA生物墨水進行個性化3D打印。



為了驗證EPL天然的抗菌潛力快速融入,作者將生物墨水與牙齦卟啉單胞菌共培養(yǎng)兩個小時認為,并將其涂布到血平板上進行觀察。24小時后可見EPM組表現(xiàn)出良好的抗菌效果(圖4)增強。

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圖4. EPM的抗菌性能重要意義。(a) EPM抗菌功能示意圖。(b) PBS(對照)和EPM處理2 h后的牙齦卟啉單胞菌(P.g)的血平板培養(yǎng)照片更加廣闊。(c)不同組牙齦卟啉單胞菌數(shù)量的定量評價規劃。(d) PBS(對照)和EPM處理后的牙齦卟啉單胞菌活/死染色。



控制炎癥是牙周炎治療過程中重要步驟可以使用。作者利用MDSCs在抗炎中發(fā)揮的作用進入當下,首先從荷瘤小鼠體內收集MDSCs,并提取MDSCs-MV效高化,然后采用蛋白圖譜分析了MDSCs-MV的蛋白組成新體系。通過KEGG通路分析,結合免疫熒光實驗結果創造,作者表明MDSCs-MV可以通過CD39/CD73-腺苷信號通路靶向抑制微環(huán)境中的T細胞從而發(fā)揮抗炎功能(圖5)不難發現。

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圖5. MDSCs-MV的抗炎特性(a) MDSCs-MV生物學功能示意圖。(b) Western blot檢測MDSCs和MDSCs- mv的特征性膜蛋白標志物設備製造。(c) MDSCs-MV孵育后T細胞的代表性共聚焦圖像發展需要。(d) CD3和MDSCs-MV熒光強度線掃描。(e)流式細胞術定量T細胞MDSCs-MV的熒光強度管理。(f) Elisa法檢測轉染MDSCs-MV或不轉染MDSCs-MV后T細胞分泌腺苷的情況顯示。(g)經(jīng)MDSCs-MV或不經(jīng)MDSCs-MV孵育后CD4+ T細胞CFSE稀釋的典型流式細胞術圖。(h)不同組CD4+ T細胞CFSE稀釋度的定量分析合作。(i) CD8+ T細胞加或不加MDSCs-MV孵育后CFSE稀釋后的典型流式細胞術圖有力扭轉。(j)不同組CD8+ T細胞CFSE稀釋度的定量分析。



最后一站式服務,為了評估3D生物墨水的成骨能力廣度和深度,作者構建了SD大鼠頜骨骨缺損模型,并同期模擬炎癥狀態(tài)引領作用,然后根據(jù)骨缺損的面積以及深度加強宣傳,打印出合適的形狀并進行了驗證臺上與臺下。經(jīng)過3個月的治療后,通過Mirco-CT以及免疫熒光實驗結果技術發展,EPM@Pg組展示出了最佳的抗菌集聚效應、抗炎以及促成骨效果(圖6)。

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圖6. EPM的體內骨再生效果重要手段。(a)生物墨水治療人工牙周炎骨缺損小鼠模型的實驗設計互動講。(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過程圖片像一棵樹。(d)術后2過程中、3個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)能運用、BV/TV (f)達到、Tb.N (g)和Tb.Th(h)的定量分析。



結論:作者利用EPLGMA加載PDLSCs和MDSCs-MV不可缺少,制作了一種新型的蓬勃發展、可定制的多功能3D打印模塊,用于治療牙周炎源性骨缺損積極回應。該EPM材料繼承了EPL的天然抗菌特性重要性,可以有效地殺滅牙周病細菌,并且在抗炎方面多種場景,其中的MDSCs-MV通過CD73/CD39/腺苷信號通路抑制T細胞多元化服務體系。總之使用,EPM支架表現(xiàn)出良好的抗菌、抗炎和骨再生效果發行速度。與傳統(tǒng)骨粉填充材料相比更加堅強,3D打印仿生墨水材料具有更加優(yōu)異的生物性能