張勝民教授團隊在3D打印專用生物材料和再生醫(yī)學領域獲進展

近日，國際生物材料領域排名第一的期刊《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權的3D打印專用生物材料;
二是利用3D打印技術構建出關節(jié)軟骨/骨組織的復雜仿生結構支架;
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品更易于被FDA、CFDA注冊批準，從而為實現(xiàn)該項技術的快速轉化奠定了基礎。

在3D制造浪潮尚未形成之際，張勝民帶領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打印領域研究，取得了系列3D打印專用生物材料核心關鍵知識產權。在3D打印歷史上，華科快速原型制造團隊一直占據國內外該領域的重要地位，特別是在3D大型制造設備和復雜構件領域，做出了系列創(chuàng)造性貢獻。但是，當時在生物3D打印領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域強大的通用技術和學科基礎轉化為生物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域的遭遇，其技術瓶頸不是制造打印機而是“墨粉”技術掌控在國外少數大公司手里。生物3D打印領域更是鮮有和缺少這樣的“生物墨粉”。課題組根據生物體組織結構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，獲得中國授權發(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權獲得要早于國內外同類工作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實現(xiàn)產業(yè)轉化和規(guī)模生產。

基于上述發(fā)明和轉化，團隊同時在3D打印專用生物材料前沿基礎研究領域也獲重要進展，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權的3D打印梯度微球專用生物材料與選擇性激光3D燒結技術相結合，構建出以連續(xù)梯度微球為“建筑單元”的多層仿生關節(jié)軟骨/軟骨下骨缺損支架，完成體內外生物安全性評價，然后植入選定動物模型進行研究，最后實現(xiàn)了關節(jié)綜合缺損部位的高質量再生修復，并顯示出重要的臨床轉化前景。

來源：華中科技大學
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