清華大學(xué)孫偉教授團隊3D打印植入物可抑制HPV感染

2020年5月29日，南極熊獲悉，來自清華大學(xué)的研究人員通過3D打印制造出了一種個性化的宮頸組織植入物，可以對抗人類乳頭瘤病毒（HPV）。通過在錐形聚氨酯植入物的多孔結(jié)構(gòu)中，加載一種抗HPV蛋白，該團隊能夠定量控制該蛋白的釋放，并在宮頸部位附近抑制HPV的生長。

3D打印的宮頸植入物，圖為清華大學(xué)的照片

HPV與宮頸癌

HPV是全球91%的宮頸癌病例的病因。每年有46萬個新病例，主要的治療方法是宮頸錐體切除術(shù)，即切除一個錐體形狀的組織樣本，用于診斷。如果有癌前細胞存在，該方法還可以去除癌前細胞，大部分組織會在六周內(nèi)重新生長出來。然而，這種治療方法并不是神藥，因為它可能導(dǎo)致組織缺損，而且往往感染復(fù)發(fā)率較高。

3D打印的宮頸移植術(shù)

研究人員的目標(biāo)是開發(fā)一種非破壞性的抗HPV植入物，這種植入物也可以促進結(jié)扎部位的組織生長。

首先是根據(jù)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)設(shè)計出錐形結(jié)構(gòu)，然后選擇的材料是FDA認證的可植入生物材料--聚氨酯，采用的3D打印技術(shù)是低溫沉積（LDM）。與普通的FDM不同，LDM是在零度以下的環(huán)境中進行的，通常是在-20°C到-30°C的環(huán)境中進行，所以相分離是在打印結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行的。結(jié)合凍干技術(shù)，可以在3D打印出的零件中獲得多孔結(jié)構(gòu)。

植入物的多孔結(jié)構(gòu)，圖片來源：清華大學(xué)

多孔性在這里很重要，因為它可以讓研究人員在植入物中裝載抗HPV "JB蛋白"。為了修改和測試不同的孔隙度，研究人員在制造過程中簡單地修改了溫度曲線，并實現(xiàn)了各種導(dǎo)線間距。研究小組發(fā)現(xiàn)，孔隙度與蛋白質(zhì)負載之間呈線性負相關(guān)，但蛋白質(zhì)的釋放率隨孔隙度的增加而增加。研究人員發(fā)現(xiàn)，該蛋白能有效地抑制HPV進入宿主細胞，降低了HPV作為植入部位的活性。

細胞毒性和細胞相容性試驗也指出，植入物能促進細胞生長和粘附，修復(fù)愈合后的組織。在此基礎(chǔ)上，力學(xué)測試返回的力學(xué)性能與原始宮頸組織相當(dāng)--抗壓模量為0.06-0.25兆帕。該結(jié)果有力地表明，3D打印技術(shù)可用于修復(fù)凝固后的宮頸組織，并抑制HPV感染的復(fù)發(fā)。

生物相容性試驗中的成像，圖片來源：清華大學(xué)

該研究的更多細節(jié)可參見論文 " Design, modeling and 3D printing of a personalized cervix tissue implant with protein release function " 。該論文由 Chenjia Zhao, Zitong Wang, Chen Hua, Jingyuan Ji, Zhenzhen Zhou, Yongcong Fang, Ding Weng, Lu Lu, Yuan Pang, and Wei Sun共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry