3D打印仿生人骨 推動牙齒矯正進入個性化定制時代

有了斷骨，3D打印的可再生人骨，能夠順利幫助我們接骨重生；皮膚潰爛缺損，3D打印的可再生皮膚為我們提供了一次性植皮的可能……這些看似出現(xiàn)在科幻電影中的畫面，因為科技的進步，已經(jīng)走進了我們的生活。

“我們利用生物3D打印納米生物活性材料解決人體骨缺損的問題，通過打印人體活性細胞，打印出人造皮膚，解決皮膚缺損等問題，為廣大的患者提供了全新、安全的修復方案。”西安博恩生物科技有限公司負責人張弛說，如今這項高精尖的硬技術有了更接地氣的應用——推動牙齒矯正進入個性化定制時代。

骨缺損修復重建 向世界臨床難題發(fā)起挑戰(zhàn)

3月23日，走進博恩生物展室，展廳內(nèi)擺放的3D打印人骨、人體手部組織模型、牙齒隱形矯正器等展示品和滿墻的榮譽證書，彰顯著這家生物科技企業(yè)的實力。

博恩生物研發(fā)團隊主要來自西北工業(yè)大學生物增材制造團隊。為了響應“把論文寫在祖國大地上”的要求和陜西省深化 “三項改革”、讓更多產(chǎn)品從實驗室走向市場的號召，西北工業(yè)大學汪焰恩教授率先帶領著生物增材制造團隊將一項3D打印機從紙上的論文變成了實實在在看得見摸得著的產(chǎn)品。

“早在2003年，我們就把第一代生物3D打印機樣機研制出來了，但打印什么產(chǎn)品，既符合國家發(fā)展戰(zhàn)略需求，也符合老百姓的生活需求呢？經(jīng)過與多家醫(yī)院的深入交流，汪焰恩教授率團隊決定，用它來打印一塊‘活’著的骨頭?！睆埑谡f，這個決定源于汪焰恩教授的父母是殘疾人。本著為患者減輕病痛，他們向骨缺損修復重建這項世界臨床難題發(fā)起挑戰(zhàn)。

打印人造骨，選用什么材料是團隊面臨的第一道難關。

“通過對多種材質的植入物進行詳細研究后，我們篩選出最適合做人造骨的純生物級的生物活性材料——羥基磷灰石。這是人體骨骼中含量最高的材料，在人體骨骼無機鹽成分中占比75%，具備良好的骨傳導性和骨誘導性，最適合用來作為人造骨的材料。”據(jù)張弛介紹，用它打印出的人骨可以誘導細胞攀爬，讓人造骨在體內(nèi)實現(xiàn)“生長發(fā)育”。

但由于納米級羥基磷灰石這種材料是粉末質地，很難做成復雜的形狀，尤其再遇到3D打印技術，如何能將它粘合在一起打印成型呢？新的難題又出現(xiàn)了。

為了找到合適又安全的黏合劑，研發(fā)團隊嘗試了上百種不同的方案，終于找到了一種“有機生物墨水”。這種“有機生物墨水”能夠完美地讓羥基磷灰石固定成型，并且不會對人體造成任何損傷。

有了合適的材料，仿生人骨就能打印出來了嗎？在實際打印過程中，研發(fā)團隊又面臨一個新難題－打印出的是實心骨頭。“我們都知道，人體骨骼并不是實心的，而是具有明顯的松質骨和密質骨的區(qū)分，人骨有天然的孔隙率，那么打印出的人造骨也只有做出具備仿生結構，并且保證骨骼的生物活性，這個才有意義，不然就是一塊死骨頭?！睆埑谡f。

攻克難關 第一臺生物活性3D打印機讓人造骨“活”起來

為了讓打印出的骨頭“活”起來，團隊不斷攻克一個又一個難題。

粉末狀羥基磷灰石材料，在打印過程中，噴嘴噴涂時非常容易形成團聚效應，難以達到理想的效果?！拔覀冞M行了上千次實驗研發(fā)出的第一臺生物活性3D打印機，獨創(chuàng)的超細噴嘴陣列以及超微振動噴灑技術，在一系列算法的精準控制下，可以讓打印出來的人造骨骼具有與生物骨骼一致的外觀形狀，還可仿制出生物骨骼微觀形態(tài)，這就為人造骨的成活提供了條件。”張弛說，這項技術處于國際先進水平。

眾所周知，人體的骨頭中間有很多孔隙生長著許多毛細血管，且有血液流通。為讓打印的人造骨實現(xiàn)這一功能，研發(fā)團隊通過對“滲透率”的研究，保證打印出來的人造骨植入人體后，能夠發(fā)揮和人體骨同樣的作用?！斑@樣的仿生骨植入人體后，能參與人體新陳代謝自動降解，并引導骨細胞重組生成自體骨，真正實現(xiàn)‘活’起來?！睆埑谡f，由這種工藝和設備制成的植入骨支架、植入骨填充顆粒等具有多孔結構均勻的優(yōu)點，可用于骨修復、骨腫瘤、骨缺損等病例，造福廣大患者。

拓寬發(fā)展路徑開發(fā)新產(chǎn)品 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展駛入快車道

目前，博恩生物的骨科系列產(chǎn)品已經(jīng)進入臨床試驗階段?！吧锘钚?D打印機的研發(fā)成功，讓我們的產(chǎn)品不僅僅局限于打印仿生人骨，我們還在探索3D打印人體皮膚，以至于未來的打印人體器官?！睆埑谡f。

“我們目前是從小白鼠、小兔子等動物的身上提取了活性細胞，經(jīng)過培植后，再通過3D打印出人造皮膚?！?張弛說：“我們正在探索真皮層中汗腺、毛囊、皮脂腺等結構的穩(wěn)定打印技術，做到與自然皮膚高度接近，植入到人體上一樣會呼吸、有汗腺。目前還在臨床試驗階段，未來，這項技術或許能為皮膚損傷患者帶來希望?！?br />
據(jù)介紹，博恩生物擁有目前全國最大的骨密度數(shù)據(jù)庫，除了人造骨、人造皮膚等系列產(chǎn)品，博恩生物還以骨發(fā)育能力與生物力學為基礎，基于骨密度數(shù)據(jù)自主研發(fā)了齒科隱形矯治器產(chǎn)品。

“牙齒矯正歸根到底也是骨骼重建的過程，牙齒移動依靠生物力學，而生物力學又促進了骨骼的改建過程，技術其實本質是相通的。”張弛說，因為患者的適應癥不同，所以僅用一種方案或一個產(chǎn)品，很難達到理想的矯正效果。基于強大的技術儲備，他們的研發(fā)團隊能夠根據(jù)患者的適應癥開發(fā)出符合醫(yī)生要求、符合患者矯正路徑的個性化定制產(chǎn)品。

“我們的產(chǎn)品進入市場以來反饋非常好，目前通過個性化定制的牙齒矯正器已經(jīng)銷售到了全國上千家診所和醫(yī)院，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展駛入了快車道?！睆埑谔寡?，博恩生物的快速發(fā)展，離不開西安科創(chuàng)環(huán)境的支持。早在企業(yè)成立之初，他們不過是憑借過硬的技術實力，在創(chuàng)新大賽上取得了優(yōu)異成績。由此，他們不僅拿到了首輪400萬元的投資，還受到了陜西省創(chuàng)新驅動共同體的認可和關注，并且成功落戶陜西省創(chuàng)新驅動共同體孵化器。

“對于企業(yè)來說，我們一心搞科研，創(chuàng)新驅動共同體幫我們解決了企業(yè)發(fā)展的后顧之憂，幫助我們成功申請了國家高新技術企業(yè)，還幫助我們對接市場，助推企業(yè)加速發(fā)展。”張弛說。

西安報業(yè)全媒體記者 關穎

高科技

厲害了

3D打印

好{:mocs_24:}{:mocs_44:}

不錯呀

貴不

范福利特 發(fā)表于 2024-3-27 09:11
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是的

梅花凌寒獨自開 發(fā)表于 2024-3-27 11:01
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