新加坡國(guó)立大學(xué)開(kāi)發(fā)出AI增強(qiáng)生物3D打印牙齦移植技術(shù)，實(shí)現(xiàn)口腔軟組織移植個(gè)性化

2025年4月7日，南極熊獲悉，新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新方法，利用 3D 生物打印和人工智能來(lái)制作個(gè)性化牙齦移植體。

△新加坡國(guó)立大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用 3D 生物打印機(jī)制作定制的口腔軟組織移植物，并將人工智能融入到這一過(guò)程中，以優(yōu)化生物打印參數(shù)、提高精度和提高效率。（圖片來(lái)源：新加坡國(guó)立大學(xué)）

研究成果以題為“3D Bioprinting and ArtificialIntelligence-Assisted Biofabrication of Personalized Oral Soft TissueConstructs”的發(fā)表在《先進(jìn)醫(yī)療材料》上，項(xiàng)目得到了國(guó)家增材制造創(chuàng)新集群和國(guó)家大學(xué)衛(wèi)生系統(tǒng)的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202402727

新技術(shù)由新加坡國(guó)立大學(xué)牙科學(xué)院助理教授 Gopu Sriram 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，為需要從患者口腔中采集組織的傳統(tǒng)移植方法提供了一種替代方法。這種方法旨在減輕患者的不適，同時(shí)為牙科手術(shù)提供定制解決方案，例如修復(fù)牙周病引起的牙齦缺損或牙種植體并發(fā)癥。結(jié)果顯示，生物打印的移植物在打印后立即顯示出超過(guò) 90% 的細(xì)胞活力，并且在 18 天的培養(yǎng)期內(nèi)也表現(xiàn)出良好的細(xì)胞活力。

△新加坡國(guó)立大學(xué)牙科學(xué)院助理教授 Gopu Sriram（左）和 Jacob Chew 博士（中），以及新加坡國(guó)立大學(xué)設(shè)計(jì)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授 Dean Ho（右），展示了他們?cè)?AI 驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化牙齦組織移植 3D 生物打印方面的開(kāi)創(chuàng)性工作。該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新方法旨在降低牙科手術(shù)的侵入性，同時(shí)提高患者的治療效果。

利用人工智能加速生物打印過(guò)程

牙齦組織移植在牙科護(hù)理中必不可少，特別是用于解決牙齦萎縮等牙齦黏膜缺陷以及牙周病或牙種植引起的并發(fā)癥。通常，這些移植物是從患者口腔中采集的。雖然有效，但這些程序存在重大缺點(diǎn)：患者不適、組織可用性有限以及術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)較高。

為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員采用了 3D 生物打印技術(shù)，這種技術(shù)可以根據(jù)每個(gè)患者缺損的具體尺寸定制組織移植物。他們開(kāi)發(fā)了一種專門(mén)的生物墨水，可以支持健康細(xì)胞的生長(zhǎng)，同時(shí)確保材料能夠準(zhǔn)確打印并保持其形狀和結(jié)構(gòu)。

然而，3D 生物打印的可行性完全取決于過(guò)程中應(yīng)用的參數(shù)。擠出壓力、打印速度、噴嘴尺寸、生物墨水粘度和打印頭溫度等因素都對(duì)打印部件的最終特性和性能起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)上，調(diào)整這些參數(shù)是通過(guò)繁瑣的手動(dòng)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)完成的，這非常耗費(fèi)時(shí)間和資源。

新加坡國(guó)立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系主任、研究論文共同通訊作者 Dean Ho 教授表示：“為了加快 3D 生物打印過(guò)程，我們將 AI 集成到工作流程中，以解決這一關(guān)鍵瓶頸。這種方法大大簡(jiǎn)化了流程，減少了優(yōu)化生物打印參數(shù)所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)量——從可能的數(shù)千個(gè)組合減少到僅 25 個(gè)組合。”

AI 驅(qū)動(dòng)的工作流程通過(guò)減少確定最佳打印參數(shù)所需的傳統(tǒng)反復(fù)試驗(yàn)，顯著提高了效率。助理教授 Sriram 表示：“我們的研究是首批專門(mén)將 3D 生物打印和 AI 技術(shù)相結(jié)合，用于定制口腔軟組織結(jié)構(gòu)的生物制造的研究之一。3D 生物打印比傳統(tǒng) 3D 打印更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗�涉及活�?xì)胞，這給打印過(guò)程帶來(lái)了許多復(fù)雜性�！�

△3D生物打印牙齦組織移植（在透明載玻片上）是使用專門(mén)的生物墨水創(chuàng)建的，該墨水支持健康細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)完整性，以進(jìn)行個(gè)性化牙科治療。

新打印技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍不僅限于牙科。助理教授 Sriram 解釋道：“3D 生物打印使我們能夠創(chuàng)建與患者傷口尺寸精確匹配的組織移植物，從而可能減少或消除從患者體內(nèi)采集組織的需要�！�

牙周病專家兼研究聯(lián)合研究員 Jacob Chew 博士指出：“這種程度的定制化可最大限度地減少傷口閉合期間移植物變形和張力，從而降低并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)、手術(shù)時(shí)間和患者不適�！�

未來(lái)的研究將側(cè)重于將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行體內(nèi)研究，以評(píng)估口腔環(huán)境中移植物整合和穩(wěn)定性，同時(shí)探索通過(guò)多材料生物打印整合血管以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這些進(jìn)展可能會(huì)推動(dòng)再生牙科的發(fā)展，并可能影響組織工程的更廣泛應(yīng)用。