张胜民教授团队在3D打印专用生物材料获进展

国际生物材料领域排名第一的期刊《生物材料》(Biomaterials)刊登了我校先进生物材料与组织工程研究中心张胜民教授团队利用3D打印专用生物材料成功再生修复关节软骨/骨综合缺损的研究进展。该论文以杜莹莹博士和刘浩明博士为共同第一作者，张胜民和A. Mikos教授为共同通讯作者，王江林教授、马军副教授、杨琴博士等参与部分研究工作。

该项成果突显了三大亮点：一是采用具有完全独立自主知识产权的3D打印专用生物材料;二是利用3D打印技术构建出关节软骨/骨组织的复杂仿生结构支架;三是仿生支架在无需预置任何活细胞和生长因子条件下，实现了关节软骨/骨综合缺损的再生修复。特别是第三点，无活细胞和生长因子产品更易于被FDA、CFDA注册批准，从而为实现该项技术的快速转化奠定了基础。在3D制造浪潮尚未形成之际，张胜民带领团队积极研判和把握世界科技发展大势，超前布局生物3D打印领域研究，取得了系列3D打印专用生物材料核心关键知识产权。在3D打印历史上，我校快速原型制造团队一直占据国内外该领域的重要地位，特别是在3D大型制造设备和复杂构件领域，做出了系列创造性贡献。但是，当时在生物3D打印领域国际上仍难有大的突破。从2004年开始，团队就积极思考如何将我校在快速成型制造领域强大的通用技术和学科基础转化为生物3D打印的独特优势这一重要课题。研究发现，一段时间制约生物3D打印发展的技术瓶颈是缺乏适用的3D打印专用生物材料。这一点类似于我国在激光印刷领域的遭遇，其技术瓶颈不是制造打印机而是“墨粉”技术掌控在国外少数大公司手里。生物3D打印领域更是鲜有和缺少这样的“生物墨粉”。课题组根据生物体组织结构精细和高度多级有序的特征，提出并发明了一系列“微纳生物砖—生物微球”、“生物墨水”及其制造技术，获得中国授权发明专利20余项。这些微球和微纳建筑单元可进一步复合或携载活细胞、药物和生长因子。上述概念的提出和知识产权获得要早于国内外同类工作7-10年左右。目前该团队研发的系列3D打印专用生物材料已经实现产业转化和规模生产。基于上述发明和转化，团队同时在3D打印专用生物材料前沿基础研究领域也获重要进展，成果发表在包括《美国化学学会 纳米》(ACS Nano)， 《生物技术进展》(Biotechnology Advances)等国际一流期刊上，部分成果还被选作《先进健康材料》(Advanced Healthcare Materials)及《纳米尺度》(Nanoscale)等杂志的封面文章。团队最新发表在《生物材料》的工作，挑战了关节软骨和软骨下骨综合缺损再生修复这项世界性难题，通过采用具有完全独立自主知识产权的3D打印梯度微球专用生物材料与选择性激光3D烧结技术相结合，构建出以连续梯度微球为“建筑单元”的多层仿生关节软骨/软骨下骨缺损支架，完成体内外生物安全性评价，然后植入选定动物模型进行研究，最后实现了关节综合缺损部位的高质量再生修复，并显示出重要的临床转化前景。