研究背景

健康的牙周韌帶（PDL）對牙齒支持組織的完整性至關重要，它將牙槽骨與牙根表面的牙骨質緊密連接，并含有成牙骨質細胞來源。PDL一旦因牙周炎或外傷喪失，將嚴重影響牙周組織的完整性與再生能力。傳統治療（清創、根面平整、引導組織再生等）常導致纖維排列紊亂、功能受限。組織工程與干細胞療法為PDL再生帶來新思路，但細胞片層技術操作復雜、機械穩定性差。3D生物打印可將細胞與仿生細胞外基質（ECM）結合，實現精準植入，為完全斷裂的PDL（如撕脫牙）提供全新解決方案。

研究內容

• 生物墨水理化性能：流變、溶脹、降解、微觀結構
• 體外細胞活性、增殖、成骨分化（茜素紅、RT-qPCR檢測ALP、RUNX2、OCN、COL1A1）
• 牙根表面體外模型：細胞遷移、排列及結締組織樣層形成
• 小鼠皮下異位植入1周：生物相容性與材料降解
• 小鼠皮下牙根模型4/10周：PDL再生、支架留存及細胞取向

膠原水凝膠理化與流變表征

SEM觀察微觀多孔結構

生物3D打印網格支架細胞增殖

細胞存活率及成骨分化檢測

牙根表面體外28天細胞遷移與排列

小鼠皮下1周生物相容性評估

牙根皮下植入4/10周PDL再生與支架留存

研究結論

• 10與15 mg/mL膠原生物墨水均具良好剪切稀化特性，可打印性高，細胞存活率>95%。
• 支架溶脹約50%，3-4周完全降解；15 mg/mL降解更慢，體內10周仍保持約400 μm厚度，與人PDL厚度（150-380 μm）匹配。
• PDLSC在支架內增殖、排列，并沿打印路徑取向；基質剛度差異影響成骨分化時序，10 mg/mL更利于晚期礦化。
• 細胞-支架復合體在牙根表面形成致密軟組織層，細胞可遷移覆蓋根面，實現與根面緊密附著。
• 小鼠模型證實材料生物相容性良好，PDLSC-laden支架可在體內長期存活并保持取向，為撕脫牙再植提供可行方案。
• 未來將通過圖像化3D設計、動態打印平臺及大動物原位實驗，進一步提升纖維功能排列與多組織界面整合。