研究背景

健康的牙周韧带（PDL）对牙齿支持组织的完整性至关重要，它将牙槽骨与牙根表面的牙骨质紧密连接，并含有成牙骨质细胞来源。PDL一旦因牙周炎或外伤丧失，将严重影响牙周组织的完整性与再生能力。传统治疗（清创、根面平整、引导组织再生等）常导致纤维排列紊乱、功能受限。组织工程与干细胞疗法为PDL再生带来新思路，但细胞片层技术操作复杂、机械稳定性差。3D生物打印可将细胞与仿生细胞外基质（ECM）结合，实现精准植入，为完全断裂的PDL（如撕脱牙）提供全新解决方案。

研究内容

• 生物墨水理化性能：流变、溶胀、降解、微观结构
• 体外细胞活性、增殖、成骨分化（茜素红、RT-qPCR检测ALP、RUNX2、OCN、COL1A1）
• 牙根表面体外模型：细胞迁移、排列及结缔组织样层形成
• 小鼠皮下异位植入1周：生物相容性与材料降解
• 小鼠皮下牙根模型4/10周：PDL再生、支架留存及细胞取向

胶原水凝胶理化与流变表征

SEM观察微观多孔结构

生物3D打印网格支架细胞增殖

细胞存活率及成骨分化检测

牙根表面体外28天细胞迁移与排列

小鼠皮下1周生物相容性评估

牙根皮下植入4/10周PDL再生与支架留存

研究结论

• 10与15 mg/mL胶原生物墨水均具良好剪切稀化特性，可打印性高，细胞存活率>95%。
• 支架溶胀约50%，3-4周完全降解；15 mg/mL降解更慢，体内10周仍保持约400 μm厚度，与人PDL厚度（150-380 μm）匹配。
• PDLSC在支架内增殖、排列，并沿打印路径取向；基质刚度差异影响成骨分化时序，10 mg/mL更利于晚期矿化。
• 细胞-支架复合体在牙根表面形成致密软组织层，细胞可迁移覆盖根面，实现与根面紧密附着。
• 小鼠模型证实材料生物相容性良好，PDLSC-laden支架可在体内长期存活并保持取向，为撕脱牙再植提供可行方案。
• 未来将通过图像化3D设计、动态打印平台及大动物原位实验，进一步提升纤维功能排列与多组织界面整合。