張勝民教授利用3D打印生物材料成功修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨
國際生物材料領(lǐng)域排名第一的期刊《生物材料》（Biomaterials）刊登了華中科技大學(xué)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(fù)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(fù)雜仿生結(jié)構(gòu)支架；三是仿生支架在無需預(yù)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(fù)。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，我校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(fù)雜構(gòu)件領(lǐng)域，做出了系列創(chuàng)造性貢獻。但是，當(dāng)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(xué)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(fù)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(xué)學(xué)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(fù)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(fù)，并顯示出重要的臨床轉(zhuǎn)化前景。
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