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：
一是採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軟骨/骨組織的複雜仿生結構支架;
三是仿生支架在無需預置任何活細胞和生長因子條件下，實現了關節軟骨/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於被FDA、CFDA註冊批准，從而為實現該項技術的快速轉化奠定了基礎。
在3D製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展大勢，超前佈局生物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，華科快速原型製造團隊一直佔據國內外該領域的重要地位，特別是在3D大型製造設備和複雜構件領域，做出了系列創造性貢獻。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製造領域強大的通用技術和學科基礎轉化為生物3D打印的獨特優勢這一重要課題。
研究發現，一段時間制約生物3D打印發展的技術瓶頸是缺乏適用的3D打印專用生物材料。這一點類似於我國在激光印刷領域的遭遇，其技術瓶頸不是製造打印機而是“墨粉”技術掌控在國外少數大公司手裡。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徵，提出併發明瞭一系列“微納生物磚—生物微球”、“生物墨水”及其製造技術，獲得中國授權發明專利20餘項。這些微球和微納建築單元可進一步複合或攜載活細胞、藥物和生長因子。上述概念的提出和知識產權獲得要早於國內外同類工作7-10年左右。目前該團隊研發的系列3D打印專用生物材料已經實現產業轉化和規模生產。
基於上述發明和轉化，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)等雜誌的封面文章。
團隊最新發表在《生物材料》的工作，挑戰了關節軟骨和軟骨下骨綜合缺損再生修復這項世界性難題，通過採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，構建出以連續梯度微球為“建築單元”的多層仿生關節軟骨/軟骨下骨缺損支架，完成體內外生物安全性評價，然後植入選定動物模型進行研究，最後實現了關節綜合缺損部位的高質量再生修復，並顯示出重要的臨床轉化前景。
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