新加坡國立大學開發(fā)出AI增強生物3D打印牙齦移植技術，實現(xiàn)口腔軟組織移植個性化

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

△新加坡國立大學團隊利用 3D 生物打印機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。（圖片來源：新加坡國立大學）

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

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

新技術由新加坡國立大學牙科學院助理教授 Gopu Sriram 領導的團隊開發(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，同時為牙科手術提供定制解決方案，例如修復牙周病引起的牙齦缺損或牙種植體并發(fā)癥。結果顯示，生物打印的移植物在打印后立即顯示出超過 90% 的細胞活力，并且在 18 天的培養(yǎng)期內也表現(xiàn)出良好的細胞活力。

△新加坡國立大學牙科學院助理教授 Gopu Sriram（左）和 Jacob Chew 博士（中），以及新加坡國立大學設計與工程學院生物醫(yī)學工程系教授 Dean Ho（右），展示了他們在 AI 驅動的個性化牙齦組織移植 3D 生物打印方面的開創(chuàng)性工作。該團隊的創(chuàng)新方法旨在降低牙科手術的侵入性，同時提高患者的治療效果。

利用人工智能加速生物打印過程

牙齦組織移植在牙科護理中必不可少，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：患者不適、組織可用性有限以及術后并發(fā)癥風險較高。

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

然而，3D 生物打印的可行性完全取決于過程中應用的參數(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打印部件的最終特性和性能起著至關重要的作用。傳統(tǒng)上，調整這些參數(shù)是通過繁瑣的手動反復試驗來完成的，這非常耗費時間和資源。

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

AI 驅動的工作流程通過減少確定最佳打印參數(shù)所需的傳統(tǒng)反復試驗，顯著提高了效率。助理教授 Sriram 表示：“我們的研究是首批專門將 3D 生物打印和 AI 技術相結合，用于定制口腔軟組織結構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，因為它涉及活細胞，這給打印過程帶來了許多復雜性�！�

△3D生物打印牙齦組織移植（在透明載玻片上）是使用專門的生物墨水創(chuàng)建的，該墨水支持健康細胞生長，同時保持結構完整性，以進行個性化牙科治療。

新打印技術的潛在應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)癥風險、手術時間和患者不適�！�

未來的研究將側重于將這些發(fā)現(xiàn)轉化為臨床應用。研究團隊計劃進行體內研究，以評估口腔環(huán)境中移植物整合和穩(wěn)定性，同時探索通過多材料生物打印整合血管以實現(xiàn)更復雜的結構。這些進展可能會推動再生牙科的發(fā)展，并可能影響組織工程的更廣泛應用。