新加坡国立大学（NUS）的一个研究团队开发了一种使用创新的3D生物打印和人工智能（AI）组合来制造个性化牙龈（牙龈）组织移植物的方法。
该团队由新加坡国立大学牙科学院助理教授Gopu Sriram领导，他们的方法提供了一种更可定制且侵入性更小的替代方案，以取代传统的移植物方法。传统方法通常涉及从患者的口腔中获取组织，这一过程既不舒服又受限于可用的合适组织。
3D生物打印和AI支持的技术有潜力更有效地解决牙科手术中的关键挑战，例如修复由牙周病或种植牙并发症引起的牙龈缺陷。通过实现针对每个患者精确制造的组织结构，该方法可以显著改善治疗结果，减少患者不适，并在恢复期间最小化感染等并发症的风险。
该团队的研究成果发表在《先进医疗材料》杂志上。
用AI加速生物打印过程
牙龈组织移植物在牙科护理中至关重要，特别是用于解决如牙龈退缩等黏膜牙龈缺陷，以及由牙周病或种植牙引起的并发症。通常，这些移植物是从患者的口腔中获取的。尽管有效，但这些程序存在显著的缺点：患者不适、有限的组织可用性和术后并发症风险较高。
为了克服这些挑战，研究人员转向了3D生物打印技术，这是一种根据每位患者缺陷的具体尺寸制造定制组织移植物的技术。他们开发了一种特殊的生物墨水，支持健康细胞的生长，同时确保材料能够准确打印并保持其形状和结构。
然而，3D生物打印的可行性取决于在过程中应用的参数。诸如挤出压力、打印速度、喷嘴尺寸、生物墨水粘度和喷头温度等因素都对最终组件的性能起着至关重要的作用。调整这些参数的传统方法是通过繁琐的手动试错实验，这非常耗时且耗费资源。
“为了加快3D生物打印过程，我们在工作流程中集成了AI，以解决这个关键瓶颈，”NUS设计与工程学院生物医学工程系主任Dean Ho教授说，他也是该研究论文的共同通讯作者。
“这种方法通过减少优化生物打印参数所需的实验数量——从可能的数千个组合减少到仅25个组合——大大简化了过程。”Ho教授补充道，他还是NUS Yong Loo Lin医学院数字医学研究所（WisDM）所长，以及N.1健康研究所（N.1）所长。
这种由团队AI驱动的工作流程带来的巨大效率提升节省了时间和资源，同时确保了具有精确尺寸和结构完整性的组织结构的创建。
“我们的研究是首次将3D生物打印和AI技术具体结合，用于生物制造定制的口腔软组织结构，”Sriram助理教授说，他还是NUS增材制造中心（AM.NUS）牙科和颅面3DP应用方向的推力共同负责人。“3D生物打印远比传统3D打印更具挑战性，因为它涉及活细胞，这为打印过程引入了许多复杂性。”
生物打印的牙龈组织移植物表现出强大的仿生特性，在打印后立即和18天培养期内细胞存活率超过90%。移植物还保持了其形状和结构完整性，而组织学分析证实了关键蛋白质的存在和多层结构，与天然牙龈组织非常相似。
牙科护理的未来
在牙科领域，通过改进效率、结构完整性和仿生特性来生产个性化牙龈组织移植物的能力，可以解决与牙周病和种植牙相关的长期临床挑战。
“这项研究表明，AI和3D生物打印可以通过精准医疗解决复杂的医疗问题，”Sriram助理教授补充道。“通过为每位患者优化组织移植物，我们可以减少牙科手术的侵入性，同时确保更好的愈合和恢复。”
令人兴奋的是，这项研究的影响不仅限于牙科。“3D生物打印使我们能够创建与患者伤口尺寸精确匹配的组织移植物，从而可能减少或消除从患者身体中获取组织的需要，”Sriram助理教授说。
“这种程度的定制减少了移植物在伤口闭合过程中的变形和张力，降低了并发症风险、手术时间和患者的不适感，”牙周病专家、该研究的共同研究员兼NUS牙科学院学术研究员Jacob Chew博士说。
此外，口腔组织无疤痕愈合的特点提供了独特的优势，因为这项研究的见解可以为其他屏障组织（如皮肤）的类似移植物制造提供参考，可能有助于皮肤伤口的无疤痕愈合。
未来的研究将集中在将这些发现从实验室转化为临床应用。该团队计划进行体内研究，以评估移植物在口腔环境中的整合和稳定性。他们还计划通过多材料生物打印探索将血管整合到移植物中，以创建更复杂和功能性的结构。
随着这些发展，研究人员希望推进再生牙科领域，并为组织工程的更广泛应用铺平道路。
(全文结束)
