CN115300147A - 一种3d打印个性化生物牙根支架的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，涉及牙根支架技术领域，包括以下步骤：S1.处理天然牙齿，得到牙本质基质；S2.将所述牙本质基质冷冻干燥后研磨处理成牙本质基质粉末；S3.将高分子固体生物材料溶解于发挥性有机溶剂中，形成具有粘接作用的高分子溶液；S4.将所述牙本质基质粉末与所述高分子溶液混合得到3D打印复合生物墨水；S5.将3D打印复合生物墨水加入3D打印设备，打印得到个性化生物牙根支架。

Description

一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法

技术领域

本发明涉及涉及牙根支架技术领域，具体涉及一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法。

背景技术

牙缺失是常见的口腔疾病，严重影响患者的咀嚼、发言等口腔功能以及颜面美观，甚至损害患者的全身和心理健康。牙缺失可由牙体牙髓疾病、牙周疾病、外伤等多种原因引起，并且牙缺失一旦发生即进入不可逆状态，不能依靠自身生理反应再生修复。目前对于牙缺失仍然没有理想的治疗修复方法，如何在牙缺失后获得具有理想生理功能的牙根是迫切而艰巨的任务。

目前临床应用的针对牙缺失的治疗仍采用赝复体修复，无法形成正常的组织结构、恢复生理功能程度有限、易造成周围其他正常组织器官的损伤。虽然种植体修复可以很大程度地保护周围健康组织器官，但是仍然是以骨结合的方式获得固位，没有正常的牙周膜结构，无法获得生理性动度、神经感觉功能等。如何能在缺失牙部位再生形成正常的牙本质-牙髓复合体、牙周复合体组织结构，是恢复缺失牙的生理功能的关键所在。

使用生物活性材料诱导牙缺失部位局部微环境依靠干细胞的多向分化潜能达到再生效果是牙缺失治疗的理想方案。随着组织功能技术的进步，生物牙根支架的概念被提出并逐步完善。牙本质基质材料富含多种与牙齿发育、牙齿损伤修复相关的蛋白和因子，已有多项研究利用经过改良的牙本质基质材料构建生物牙根支架，在裸鼠、大鼠、比格犬、小型猪、恒河猴等多种动物体内在再生出了类似天然牙髓-牙本质复合体、牙周复合体的组织结构。虽然大量研究可以证实牙本质基质材料可以实现牙根的生理组织结构的再生和生理功能的恢复，但是这种单纯以牙本质基质材料作为原料的支架很难适应实际临床操作需求。在植入生物牙根支架时，支架需要适应牙缺失区域的牙槽窝的形态才能确保支架在缺失牙的牙槽窝中获得良好的初期稳定性并更利于牙根的组织再生。

发明专利《生物牙根支架材料的构建方法》，公布号：CN102068218 A提供了一种生物牙根支架材料，具备牙根样的外形，界定为厚度1-3mm，长度1-2.5cm，含有大量具备成牙相关的蛋白和因子，并可持续释放这些蛋白和因子，具有一定的牙向诱导能力，可以更好的解决诱导微环境的问题，有利于将生物牙根支架材料进行牙槽骨内原位移植。

但是该支架存在以下两个问题：(1)该生物牙根支架的尺寸相对固定，难以适应临床的实际植入需要，无法根据缺牙部位的实际情况进行个性化设计。(2)该发明需要利用牙科用涡轮机制备生物牙根支架的特定外形，其过程繁琐、不易控制，无法精准地实现形态设计，无法实现批量化生产的需要。

3D打印技术已在组织工程支架的构建中得到广发应用，聚己内酯在内的多种高分子有机材料因为其高生物相容性、良好的流变学性能被广泛运用于组织工程支架的制备当中。利用具有挥发性质的有机溶液溶解高分子材料可以制备出具有剪切稀化特性和良好成形性的生物墨水，生物墨水会随着有机溶剂的挥发固化，为支架提供一定的机械力学性能，并且因为相分离，可以在固化的支架当中形成疏松多空结构，为细胞的生长增殖提供适宜的环境，有利于支架在体内发挥再生促进作用。利用低温沉积打印技术，牙本质基质材料的生物活性得以保存，并且可以依据临床植入的需要个性化定制生物牙根的形态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，解决现有技术中如何保留牙本质基质材料的成牙活性以及获得稳定的成型性的技术问题。

本发明公开了一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，包括以下步骤：

S1.处理天然牙齿，得到牙本质基质；

S2.将所述牙本质基质冷冻干燥后研磨处理成牙本质基质粉末；

S3.将高分子固体生物材料溶解于发挥性有机溶剂中，形成具有粘接作用的高分子溶液；

S4.将所述牙本质基质粉末与所述高分子溶液混合得到3D打印复合生物墨水；

S5.将3D打印复合生物墨水加入3D打印设备，打印得到个性化生物牙根支架。

进一步的，步骤S1中天然牙齿来源为猪、犬、牛、猴、人等，但不限于此物种。

进一步的，步骤S1中得到的牙本质基质不使用时低温保存。

进一步的，步骤S1中所述天然牙为无牙根龋坏、炎性吸收、根管治疗充填物或外伤折断等情况，拔除前牙髓活力正常、外形完整的天然牙。

进一步的，所述天然牙处理方法为去除牙冠部分、牙髓、前期牙本质、牙骨质等成分，经过不同浓度EDTA溶液浸泡脱矿。

进一步的，所述天然牙去除牙髓、前期牙本质的方法为：使用拔髓针拔除牙根内的牙髓组织，使用牙科用扩大器逐步扩大牙根根管，并且使用5％-17％EDTA溶液反覆冲洗根管内部。

进一步的，所述天然牙根EDTA脱矿的方法是：17％-25％EDTA溶液脱矿处理5-15min，7％-15％EDTA溶液脱矿处理5-15min，5％EDTA溶液脱矿处理5-15min，脱矿处理在转速为100-500转/分的磁力搅拌器中进行，脱矿完成的牙本质基质材料置于PBS缓冲液中，使用超声震荡器去除残余EDTA。

进一步的，所述步骤S2获得的牙本质基质粉体材料通过扫描电子显微镜可以观察到筛选出的颗粒具有不规则形状，表面可见清晰的牙本质小管暴露结构。

进一步的，步骤S2中所述牙本质基质粉末粒度为14-33μm。

进一步的，步骤S3中所述高分子固体生物材料为聚己内酯、聚乙二醇或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。

进一步，步骤S3中所述发挥性有机溶剂为乙酸、二氧六环或二氯甲烷。

进一步的，步骤中S3中所述高分子固体材料与所述有机溶剂的质量比为1:5-20。

进一步的，步骤中S4中所述3D打印复合生物墨水中牙本质基质粉体材料在生物墨水整体中占比为45-60％(w/w)。

进一步的，步骤S5中进行3D打印前采用CT三维重建技术对医学影像学数据进行分离重建，得到对象缺失牙齿根部、拔牙窝、牙冠等三维数据，生物牙根三维模型模拟相应牙位正常牙齿的一般形态，或参照对侧同名牙的形态进行个性化设计，得到个性化生物牙根的三维模型。

进一步的，根据所述个性化生物牙根的三维模型设置打印参数。

进一步的，通过气压挤出的方式将复合生物墨水喷射/挤出，喷头挤出的纤维粗细为300-400μm，生物墨水中中的易挥发溶剂迅速冷冻/挥发粘接成形，形成在计算机中设计的生物牙根外形，得到个性化生物牙根支架。

进一步的，步骤S5中得到的个性化生物牙根支架冷冻干燥24小时，环氧乙烷消毒密封，然后保存于-80℃无菌环境中，并且可长期保存。

进一步的，所述步骤S5打印过程室温下进行，所述室温不超过25℃，以免影响牙本质基质材料的生物活性。

进一步的，所述步骤S5制备出的3D打印个性化生物牙根支架在扫描电子显微镜下可以观察到牙本质基质颗粒在表面均匀分布，并且支架整体是具有一定孔径和孔隙形态的多空结构。

本发明第二个目的是保护一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法的应用，用于制备个性化生物牙根支架。

本发明第三个目的是保护一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法得到的牙根支架，用上述方法得到。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1.现有的组织工程支架材料很难模拟牙根组织复杂的3D结构；目前所采用的生物支架材料通过手工减材制作，与缺失部位的牙槽窝形态匹配度不高无法获得良好的机械固位以及特定形态；无法实现大量的制造，尚不能实现产业化生产。而3D生物打印通过增材制备实现支架精确的个性化设计、可控的结构制备，同时低温沉积3D打印技术能够有效保留活性成分。本发明通过3D打印技术，采用牙本质基质构成的活性颗粒作为原料，定制生物活性个性化生物牙根支架，增加生物牙根与缺牙部位的匹配性，提高生物牙根的植入稳定性，并利用组织工程手段可在体内诱导形成牙本质-牙髓复合体样结构以及牙周复合体样结构；

2.复合形成的生物墨水可在室温下挤出，具有剪切稀化特性、良好的成形性，并且不堵塞挤出喷头。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明流程图；

图2为本发明实施例1支架结构图；

图3为本发明实施例1粉体材料扫面电镜图；

图4为本发明实施例1支架扫面电镜图，箭头示粉体材料在支架中均匀分布；

图5为本发明实施例1支架在体内促进DFC的成牙向分化形成牙周膜结构；

图6为本发明实施例1支架植入后的2、6、12周进行影像学检查图；

图7为本发明实施例2支架结构图；

图8为本发明实施例2支架扫描电镜Ce元素含量检测图；

图9为本发明对比例1未筛分粉体材料的粒径检测图；

图10为本发明对比例1支架的扫描电镜图；

图11为本发明对比例2支架正面扫描电镜图；

图12为本发明对比例2支架侧面扫描电镜图；

图13为本发明支架结构对比图，图中30％PCL为实施例1，40％PCL为对比例3，50％PCL为对比例4；

图14为本发明支架扫描电镜对比图，图中30％PCL为实施例1，40％PCL为对比例3，50％PCL为对比例4；

图15为本发明对比例5支架植入后的2、6、12周进行影像学检查图；

图16为本发明对比例5支架植扫描电镜图；

图17为本发明支架的蛋白释放浓度差异图，图中TDM/PCL/DCM为实施例1，TDM/PCL/GAA为对比例2，TDM为对比例5，TDM powder为实施例1步骤(4)制备的粉体材料。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

实施例1

一种3D打印个性化生物牙根支架的制备方法包括以下步骤：

(1)收集健康牙齿(因阻生或正畸需要拔除的第三磨牙和前磨牙)，PBS缓冲液冲洗3遍，在喷水装置的牙科用慢速涡轮机上安装金刚砂车针，调整转速至3000转/分，使用金刚砂车针磨除牙冠部分以及牙根外侧的牙周膜纤维和牙骨质。

(2)使用拔髓针完整拔出步骤(1)中健康天然牙牙根中的牙髓组织，使用牙科扩大器械扩大牙根的根管，使用15号、20号牙科手用镍钛根管锉依次扩大根管，在使用S1号、S2号、F1号、F2号牙科用扩大针依次扩大牙根的根管口部位，使用10％EDTA溶液反复冲洗根管，充分洗涤根管内的牙本质碎屑。

(3)将步骤(2)预备完成的牙根分别置于17％EDTA溶液、10％EDTA溶液、5％EDTA溶液中，在100转/分的磁力搅拌器中分别脱矿处理5min。脱矿处理完成后将天然牙根置于PBS缓冲液中，利用超声震荡器去除残余EDTA，得到牙本质基质材料，储存于-80℃环境中。

(4)将步骤(3)得到的牙本质基质材料置于冷冻干燥仪中，冷冻干燥24小时。冷冻干燥后的牙本质基质材料使用牙骨锤凿碎成块状，在利用高速高通量研磨仪研磨成粉末，利用孔径为40μm的筛网筛分牙本质基质粉末，得到粉体材料。对筛分后的粉体材料进行扫描电镜观察。粉体材料在-80℃环境下真空密封保存。

(5)称取聚己内酯3g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的二氯甲烷中，获得澄清、无气泡的高分子溶液。称取2g牙本质基质粉体材料与2g聚己内酯高分子溶液，1：1加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

(6)在Mimics软件中，导入CBCT医学影像资料，重建出前牙单根管牙根的形态，以STL格式输出。在3D-bioplotter打印机配适软件中根据重建的牙根设计打印路径。

将步骤(5)制备的打印用生物墨水加入3D-bioplotter打印机打印头，安装喷嘴直径为200μm的喷头，设置挤出气压为3-4bar，制备3D打印个性化生物牙根支架。

打印完成的3D打印个性化生物牙根支架在冷冻干燥机内冷冻干燥24小时，环氧乙烷消毒，储存于-80℃环境中。

本实施例构建的个性化生物牙根支架的评价：

对步骤(4)的牙本质基质粉体材料进行扫描电子显微镜观察，发现牙本质基质粉末具有不规则形状，表面可见清晰的牙本质小管暴露结构，证明粉体材料可以保留天然牙本质的牙本质小管等微观结构。

将3D打印的个性化生物牙根支架材料置于DMEM(Dulbecco's Modified EagleMedium,常用于间充质细胞培养)培养基中，在37℃、5％CO₂环境中孵育3天，检测发现培养液澄清、无浑浊，证明个性化生物牙根支架材料可以使用，消毒过关，不会引起微生物污染。

对3D打印的个性化生物牙根支架材料进行扫面电子显微镜观察，发现支架表面形貌和横截面形貌呈现海绵状结构，细丝的微观结构致密，支架表面可见牙本质小管充分暴露。

本实施例证明运用专利中的发明方法，利用牙本质基质和高分子溶液混合形成的生物墨水，在经过3D打印后可以形成理想的牙根的形态，达到促进生物牙根支架与植入区域的匹配、提高植入后的初期稳定性。

将实施例1制备的3D打印个性化生物牙根支架表面包裹牙囊干细胞(DFC)膜片形成TDM/PCL/DFC复合体，将复合体植入比格犬的牙槽窝中，2个月后切片观察。

结果发现TDM/PCL/DFC支架(S)与骨组织(B)之间有类似天然牙牙周膜样结构(PL)，在纤维小岛和牙周膜样组织内均可见丰富的血供(红色三角)。

3D打印个性化生物牙根支架的植入后稳定性提高。

将实施例1制备的3D打印个性化生物牙根支架表面包裹牙囊干细胞(DFC)膜片形成TDM/PCL/DFC复合体，将复合体植入比格犬的牙槽窝中，分别于植入后的2、6、12周进行影像学检查。

结果发现TDM/PCL/DFC支架部分密度增加，提示可能有类牙本质矿化生成，牙槽骨无明显吸收，牙槽骨的高度得到了很好的保留，植入后的稳定性得到了提高。

实施例2

本实施例在3D打印生物墨水中增加了氧化铈无机纳米颗粒以提高支架的生物学性能，制备个性化生物牙根支架，包括以下步骤：

(1)收集健康牙齿(因阻生或正畸需要拔除的第三磨牙和前磨牙)，PBS缓冲液冲洗3遍，在喷水装置的牙科用慢速涡轮机上安装金刚砂车针，调整转速至3000转/分，使用金刚砂车针磨除牙冠部分以及牙根外侧的牙周膜纤维和牙骨质。

(2)使用拔髓针完整拔出步骤(1)中健康天然牙牙根中的牙髓组织，使用牙科扩大器械扩大牙根的根管，使用15号、20号牙科手用镍钛根管锉依次扩大根管，在使用S1号、S2号、F1号、F2号牙科用扩大针依次扩大牙根的根管口部位，使用10％EDTA溶液反复冲洗根管，充分洗涤根管内的牙本质碎屑。

(3)将步骤(2)预备完成的牙根分别置于17％EDTA溶液、10％EDTA溶液、5％EDTA溶液中，在100转/分的磁力搅拌器中分别脱矿处理5min。脱矿处理完成后将天然牙根置于PBS缓冲液中，利用超声震荡器去除残余EDTA，得到牙本质基质材料，储存于-80℃环境中。

(4)将步骤(3)得到的牙本质基质材料置于冷冻干燥仪中，冷冻干燥24小时。冷冻干燥后的牙本质基质材料使用牙骨锤凿碎成块状，在利用高速高通量研磨仪研磨成粉末，利用孔径为40μm的筛网筛分牙本质基质粉末，得到牙本质基质粉体材料。粉体材料在-80℃环境下真空密封保存。

(5)称取聚己内酯3g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的二氯甲烷中，获得澄清、无气泡的高分子溶液。选用平均粒径在100nm的成品氧化铈无机纳米颗粒，称取1.5g牙本质基质粉体材料、0.5g氧化铈无机纳米颗粒与2g聚己内酯高分子溶液，混合后加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

(6)在Mimics软件中，导入CBCT医学影像资料，重建出前牙单根管牙根的形态，以STL格式输出。在3D-bioplotter打印机配适软件中根据重建的牙根设计打印路径。

(7)将步骤(5)制备的打印用生物墨水加入3D-bioplotter打印机打印头，安装喷嘴直径为200μm的喷头，设置挤出气压为3-4bar，制备3D打印个性化生物牙根支架。

(8)打印完成的3D打印个性化生物牙根支架在冷冻干燥机内冷冻干燥24小时，环氧乙烷消毒，储存于-80℃环境中。

本实施例构建的个性化生物牙根支架的评价：

1、将3D打印的个性化生物牙根支架材料置于DMEM培养基中，在37℃、5％CO2环境中孵育3天，检测发现培养液澄清、无浑浊，证明个性化生物牙根支架材料可以使用，消毒过关，不会引起微生物污染。

2、对3D打印的个性化生物牙根支架材料进行扫面电子显微镜观察，发现支架表面形貌和横截面形貌呈现海绵状结构，细丝的微观结构致密，支架表面可见牙本质小管充分暴露，并且氧化铈无机纳米颗粒均匀的分布于支架表面。

本实施例证明，在本专利的指导下，在由牙本质基质材料与高分子材料混合形成的生物牙根打印墨水中掺杂其他的颗粒成分(如无机金属纳米颗粒、高分子载药纳米颗粒)等，依然能够得到理想的生物牙根支架，不影响个性化生物牙根支架的形态和机械性能，并能够赋予个性化生物牙根支架额外的物理化学或者生物学性能。

对比例1

本实施例采用未筛分的牙本质基质粉体材料制备生物墨水进行个性化生物牙根支架的制备，包括以下步骤：

(1)收集健康牙齿(因阻生或正畸需要拔除的第三磨牙和前磨牙)，PBS缓冲液冲洗3遍，在喷水装置的牙科用慢速涡轮机上安装金刚砂车针，调整转速至3000转/分，使用金刚砂车针磨除牙冠部分以及牙根外侧的牙周膜纤维和牙骨质。

(2)使用拔髓针完整拔出步骤(1)中健康天然牙牙根中的牙髓组织，使用牙科扩大器械扩大牙根的根管，使用15号、20号牙科手用镍钛根管锉依次扩大根管，在使用S1号、S2号、F1号、F2号牙科用扩大针依次扩大牙根的根管口部位，使用10％EDTA溶液反复冲洗根管，充分洗涤根管内的牙本质碎屑。

(3)将步骤(2)预备完成的牙根分别置于17％EDTA溶液、10％EDTA溶液、5％EDTA溶液中，在100转/分的磁力搅拌器中分别脱矿处理5min。脱矿处理完成后将天然牙根置于PBS缓冲液中，利用超声震荡器去除残余EDTA，得到牙本质基质材料，储存于-80℃环境中。

(4)将步骤(3)得到的牙本质基质材料置于冷冻干燥仪中，冷冻干燥24小时。冷冻干燥后的牙本质基质材料使用牙骨锤凿碎成块状，在利用高速高通量研磨仪研磨成粉末。粉体材料在-80℃环境下真空密封保存。

(5)称取聚己内酯3g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的二氯甲烷中，获得澄清、无气泡的高分子溶液。称取2g牙本质基质粉体材料与2g聚己内酯高分子溶液，1：1加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

(6)在Mimics软件中，导入CBCT医学影像资料，重建出前牙单根管牙根的形态，以STL格式输出。在3D-bioplotter打印机配适软件中根据重建的牙根设计打印路径。

(7)将步骤(5)制备的打印用生物墨水加入3D-bioplotter打印机打印头，安装喷嘴直径为200μm的喷头，设置挤出气压为3-4bar，制备3D打印个性化生物牙根支架。

(8)打印完成的3D打印个性化生物牙根支架在冷冻干燥机内冷冻干燥24小时，环氧乙烷消毒，储存于-80℃环境中。

本实施例构建的个性化生物牙根支架的评价：

通过粒径测试发现未经过筛分的牙本质基质粉末材料的平均粒径达到了74μm左右，并且容易聚集成团。

在将制备的生物墨水放入3D生物打印机后，利用气压挤出喷头的墨水直径远大于200μm，质地稀软，成型性差，并且在打印过程中造成打印喷头的阻塞，导致打印失败。

扫描电镜发现采用为筛分的粉体材料制备的支架出现粉体材料脱落，支架内部出现大量空泡。

本实施例证明，未经筛分的牙本质基质粉体材料的粒径较大，形态不稳定，极易导致打印喷头阻塞，影响个性化生物牙根的制备。制备的支架生物活性成分丢失，内部易出现空泡影响力学性能。

对比例2(改变溶剂种类)

本实施例在实施例1的基础上采用冰醋酸(GAA)作为有机溶剂用于个性化生物牙根支架的制备。

修改步骤(5)称取聚己内酯(PCL)2g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的冰醋酸(GAA)中，获得澄清、无气泡的高分子溶液20％PCL/GAA。称取2g牙本质基质粉体材料与2g聚己内酯高分子溶液，1：1加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

本实施例的评价：

换用GAA作为有机溶剂后，依然可以打印出具有一定形态的个性化生物牙根支架，并且保留相当比例的生物活性粉体材料，从扫描电镜正面观察粉体材料在支架中均匀分布，但是在扫描电镜观察支架侧面可以发现实例2与实例1相比，其成型性欠佳，侧面观察纤维之间相互粘连，大部分孔隙被封闭，这不利于支架内粉体成分的活性成分的释放、细胞的长入以及内部长期营养的供应。

对比例3(调整PCL含量)

本实施例在实施例1的基础上调整了生物墨水中PCL的含量为40％PCL/DCM(二氯甲烷)

修改步骤(5)称取聚己内酯4g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的二氯甲烷(DCM)中，获得澄清、无气泡的高分子溶液40％PCL/DCM。称取1.8g牙本质基质粉体材料与2g聚己内酯高分子溶液，0.9：1加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

对比例4(调整PCL含量)

本实施例在实施例1的基础上调整了生物墨水中PCL的含量为50％PCL/DCM(二氯甲烷)

修改步骤(5)称取聚己内酯5g，在100转/分的磁力搅拌器上溶解于10ml的二氯甲烷(DCM)中，获得澄清、无气泡的高分子溶液50％PCL/DCM。称取1.2g牙本质基质粉体材料与2g聚己内酯高分子溶液，0.6：1加入真空搅拌脱泡机中充分混匀，得到打印用生物墨水。

对于对比例3、4的评价：

随着支架打印体系中PCL含量的增加，具有生物活性的粉体材料在支架中的占比减小，不利于个性化生物牙根支架的再生促进作用的发挥。

随着PCL浓度增加，在观察支架的大体观时可以发现支架出现了尺寸收缩的现象，50％PCL/DCM体系的支架与预设的尺寸有较大的差距，不利于精准个性化的实现。

随着PCL含量增加，在扫描电镜观察中可以发现表面颗粒感逐渐减少，可以观察到50％PCL/DCM支架表面几乎趋于光滑,不利于生物活性成分的释放。

对比例5

本对比例采用传统的手动切削的方法制备生物牙根支架，包括以下步骤：

(1)收集健康牙齿(因阻生或正畸需要拔除的第三磨牙和前磨牙)，PBS缓冲液冲洗3遍，在喷水装置的牙科用慢速涡轮机上安装金刚砂车针，调整转速至3000转/分，使用金刚砂车针磨除牙冠部分以及牙根外侧的牙周膜纤维和牙骨质。

(2)使用拔髓针完整拔出步骤(1)中健康天然牙牙根中的牙髓组织，使用牙科扩大器械扩大牙根的根管，使用15号、20号牙科手用镍钛根管锉依次扩大根管，在使用S1号、S2号、F1号、F2号牙科用扩大针依次扩大牙根的根管口部位，使用10％EDTA溶液反复冲洗根管，充分洗涤根管内的牙本质碎屑。

(3)将步骤(2)预备完成的牙根分别置于17％EDTA溶液、10％EDTA溶液、5％EDTA溶液中，在100转/分的磁力搅拌器中分别脱矿处理5min。脱矿处理完成后将天然牙根置于PBS缓冲液中，利用超声震荡器去除残余EDTA，得到牙本质基质材料，储存于-80℃环境中。

(4)在喷水装置的牙科用慢速涡轮机上安装金刚砂车针，调整转速至3000转/分，使用金刚砂车针对牙本质基质材料的外侧进行调磨切削，使其形态接近于牙槽窝的形态。

(5)将经过切削的牙本质基质材料使用PBS缓冲液冲洗3次，冲洗后置于冷冻干燥机内冷冻干燥24小时，环氧乙烷消毒，储存于-80℃环境中。

本对比例制备的生物牙根支架的评价：

扫描电子显微镜下可以观察到牙本质基质材料表面牙本质小管充分暴露。

通过切削方式制备的生物牙根支架的形态受操作者技术的影响，得到的外观形态与预设形态的差异较大。

通过切削方式制备的生物牙根支架的大小受到明显限制，得到的支架的尺寸只能够小于步骤(1)收集的天然牙的尺寸，并且切削造成了较大的牙本质基质材料的损耗。

通过蛋白释放检测可以发现相较于3D打印的个性化生物牙根支架，传统切削方式制备的支架的蛋白释放的效率低下。

将对比例传统的手动切削的方法制备生物牙根支架表面包裹牙囊干细胞(DFC)膜片形成TDM/PCL/DFC复合体，将复合体植入比格犬的牙槽窝中，分别于植入后的2、6、12周进行影像学检查。

结果发现单纯TDM的传统生物牙根支架在植入后发生了牙槽骨的水平吸收，植入后稳定性欠佳。

本对比例证明，通过传统切削方式制备的生物牙根支架，相较于3D打印个性化生物牙根支架而言，外观形态受操作者主观影响大、不稳定、与预设模型匹配性低、尺寸大小受限、材料损耗明显，并且其蛋白释放效率低下，生物活性的发挥远不及个性化生物牙根支架。

以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.处理天然牙齿，得到牙本质基质；

S2.将所述牙本质基质冷冻干燥后研磨处理成牙本质基质粉末；

S3.将高分子固体生物材料溶解于发挥性有机溶剂中，形成具有粘接作用的高分子溶液；

S4.将所述牙本质基质粉末与所述高分子溶液混合得到3D打印复合生物墨水；

S5.将3D打印复合生物墨水加入3D打印设备，打印得到个性化生物牙根支架。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：所述天然牙处理方法为去除牙冠部分、牙髓、前期牙本质、牙骨质等成分，经过不同浓度EDTA溶液浸泡脱矿。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：步骤S2中所述牙本质基质粉末粒度为14-33μm。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于:步骤S3中所述高分子固体生物材料为聚己内酯、聚乙二醇或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：步骤S3中所述发挥性有机溶剂为乙酸、二氧六环或二氯甲烷。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：步骤中S4中所述3D打印复合生物墨水中牙本质基质粉体材料在生物墨水整体中占比为45-60％w/w。

7.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：步骤S5中进行3D打印前采用CT三维重建技术对医学影像学数据进行分离重建，得到对象缺失牙齿根部、拔牙窝、牙冠等三维数据，生物牙根三维模型模拟相应牙位正常牙齿的一般形态，或参照对侧同名牙的形态进行个性化设计，得到个性化生物牙根的三维模型。

8.根据权利要求1的应用所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法，其特征在于：通过气压挤出的方式将复合生物墨水喷射/挤出，喷头挤出的纤维粗细为300-400μm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法的应用，其特征在于：用于制备个性化生物牙根支架。

10.一种3D打印个性化生物牙根支架，其特征在于：根据权利要求1-8任一项所述的一种3D打印个性化生物牙根支架的构建方法得到。

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