張勝民教授團隊在3D打印專用生物材料和再生醫(yī)學領(lǐng)域獲進展

近日，國際生物材料領(lǐng)域排名第一的期刊《生物材料》(Biomaterials)刊登了一則最近研究進展，華中科技大學先進生物材料與組織工程研究中心張勝民教授團隊利用3D打印專用生物材料成功再生修復關(guān)節(jié)軟骨/骨綜合缺損的研究進展。該論文以杜瑩瑩博士和劉浩明博士為共同第一作者，張勝民和A. Mikos教授為共同通訊作者，王江林教授、馬軍副教授、楊琴博士等參與部分研究工作。

該項成果突顯了三大亮點：
一是采用具有完全獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印專用生物材料;
二是利用3D打印技術(shù)構(gòu)建出關(guān)節(jié)軟骨/骨組織的復雜仿生結(jié)構(gòu)支架;
三是仿生支架在無需預置任何活細胞和生長因子條件下，實現(xiàn)了關(guān)節(jié)軟骨/骨綜合缺損的再生修復。
特別是第三點，無活細胞和生長因子產(chǎn)品更易于被FDA、CFDA注冊批準，從而為實現(xiàn)該項技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

在3D制造浪潮尚未形成之際，張勝民帶領(lǐng)團隊積極研判和把握世界科技發(fā)展大勢，超前布局生物3D打印領(lǐng)域研究，取得了系列3D打印專用生物材料核心關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán)。在3D打印歷史上，華科快速原型制造團隊一直占據(jù)國內(nèi)外該領(lǐng)域的重要地位，特別是在3D大型制造設(shè)備和復雜構(gòu)件領(lǐng)域，做出了系列創(chuàng)造性貢獻。但是，當時在生物3D打印領(lǐng)域國際上仍難有大的突破。從2004年開始，團隊就積極思考如何將我校在快速成型制造領(lǐng)域強大的通用技術(shù)和學科基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化為生物3D打印的獨特優(yōu)勢這一重要課題。

研究發(fā)現(xiàn)，一段時間制約生物3D打印發(fā)展的技術(shù)瓶頸是缺乏適用的3D打印專用生物材料。這一點類似于我國在激光印刷領(lǐng)域的遭遇，其技術(shù)瓶頸不是制造打印機而是“墨粉”技術(shù)掌控在國外少數(shù)大公司手里。生物3D打印領(lǐng)域更是鮮有和缺少這樣的“生物墨粉”。課題組根據(jù)生物體組織結(jié)構(gòu)精細和高度多級有序的特征，提出并發(fā)明了一系列“微納生物磚—生物微球”、“生物墨水”及其制造技術(shù)，獲得中國授權(quán)發(fā)明專利20余項。這些微球和微納建筑單元可進一步復合或攜載活細胞、藥物和生長因子。上述概念的提出和知識產(chǎn)權(quán)獲得要早于國內(nèi)外同類工作7-10年左右。目前該團隊研發(fā)的系列3D打印專用生物材料已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和規(guī)模生產(chǎn)。

基于上述發(fā)明和轉(zhuǎn)化，團隊同時在3D打印專用生物材料前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域也獲重要進展，成果發(fā)表在包括《美國化學學會 納米》(ACS Nano)， 《生物技術(shù)進展》(Biotechnology Advances)等國際一流期刊上，部分成果還被選作《先進健康材料》(Advanced Healthcare Materials)及《納米尺度》(Nanoscale)等雜志的封面文章。

團隊最新發(fā)表在《生物材料》的工作，挑戰(zhàn)了關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨綜合缺損再生修復這項世界性難題，通過采用具有完全獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印梯度微球?qū)Ｓ蒙锊牧吓c選擇性激光3D燒結(jié)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出以連續(xù)梯度微球為“建筑單元”的多層仿生關(guān)節(jié)軟骨/軟骨下骨缺損支架，完成體內(nèi)外生物安全性評價，然后植入選定動物模型進行研究，最后實現(xiàn)了關(guān)節(jié)綜合缺損部位的高質(zhì)量再生修復，并顯示出重要的臨床轉(zhuǎn)化前景。

來源：華中科技大學
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