王翀
低温生物3D打印构建功能化组织工程支架
报告人:王翀
所在单位:东莞理工学院机械工程学院
个人简介:
王翀，男，2013年博士毕业于香港大学机械工程系，师从王敏教授，2013-2016年分别于香港大学机械工程系和香港城市大学生物医学工程系继续博士后研究。2016年加入东莞理工学院机械工程学院，历任讲师和副教授，硕士研究生导师，同时为东莞增材制造与智能制造研究院骨干。近年来主要从事骨、骨软骨及神经组织修复、生物制造、药物缓释载体等方向的研究。以第一作者（含共一）和通讯作者身份在《Applied Physics Reviews》、《Bioactive Materials》、《Biomaterials》、《Biofabrication》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Journal of Materials Chemistry B》等国际期刊发表SCI论文30余篇，其中2篇文章以第一作者身份入选ESI高被引论文。谷歌学术统计他引1000余次，H指数17，i-10指数20。申请中国发明专利5项。作为负责人主持1项广东省自然科学基金面上项目、1项广东省教育厅创新强校项目、1项广东省教育厅重点领域专项项目和1项东莞市社会科技发展重点项目，参与2项国家自然科学基金面上项目。2018年获IOP出版社颁发的2018年度《Biofabrication》杂志杰出审稿人奖，2014年获得香港大学机械工程系最佳博士毕业论文奖，2013年获得美国生物材料学会（SFB）2013年会STAR奖。
报告摘要：
低温生物3D打印技术在制备同时具有优良力学性能、多级微孔结构和优异药物缓释能力的组织工程支架时具有明显优势。在构建具有抗癌骨修复能力的组织工程支架方面，本团队采用低温3D打印技术制备了2种具有抗癌及骨修复作用的载药支架，其中支架1为原位负载了盐酸阿霉素（DOX）、黑磷纳米片（BP）和成骨多肽的磷酸三钙/聚（乙交酯-丙交酯）（TCP/PLGA）复合支架，而支架2为原位负载了含Fe和Mg的聚多巴胺（PDA）纳米微球的TCP/PLGA复合支架。两种支架均具有与松质骨接近的力学性能并具有多级微孔结构。支架1可通过BP纳米片光热疗和DOX缓释化疗联合杀灭肿瘤切除后残余的骨肿瘤细胞，并在体内实验中展现出良好的抑制肿瘤复发的作用。相比之下，支架2可通过三价铁离子光热疗和Fe离子参与的化学动力疗法（芬顿反应）进行残余骨肿瘤细胞的杀灭，并对肿瘤复发具有良好的抑制作用。在缺损骨组织的修复方面，支架1通过缓释及光热控释成骨多肽，在BP降解产物和TCP的协助下促进了缺损骨组织的修复，并且BP的存在可以显著降低DOX对新骨再生造成的负面影响；支架2通过释放Mg离子，在TCP的协助下完成了缺损骨组织的诱导再生修复。
此外，本团队以具有温敏形状记忆功能的高分子材料为原料，以BP为光热制剂，通过低温3D打印构建了可用近红外光照射来控制变形效果的异形骨组织工程支架，用于异形骨缺损的修复和新骨诱导再生。打印好的与异形骨缺损吻合的支架在近红外光照射下可以变软并被塑形，在手术器械的作用下植入缺损处。植入完成后再次对支架进行照射，支架可恢复初始形状与缺损吻合，诱导骨再生。
本团队还采用次序低温3D打印技术构建了下层由负载了成骨多肽的TCP/PLGA支架、上层由温敏形状记忆高分子支架和含TGF-β1的I型胶原蛋白构成的骨软骨组织工程支架。支架的层间界面作用力良好，且下层支架的结构和力学特性与天然软骨下骨近似，同时软骨层的模量与天然软骨接近。种植于支架上的间充质干细胞在分区域诱导下能定向分化为软骨细胞和成骨细胞。
基于低温3D打印技术，本团队进一步开发了混合低温3D打印技术，构建出能原位递送干细胞的仿生载药聚酯骨组织工程支架。这种骨组织工程支架由原位负载成骨多肽的TCP/PLGA纳米复合材料柱条（简称OTP）和包裹干细胞的明胶/GelMA水凝胶柱条（简称GG）交替排列组成。GG水凝胶中的干细胞在低温混合3D打印后表现高细胞活力，且GG水凝胶中明胶的溶出可以将细胞从水凝胶柱体中释放出来，促进干细胞向相邻OTP柱体表面迁移、黏附。OTP柱体中释放的多肽进一步增强了干细胞的增殖、碱性磷酸酶表达和钙沉积，显著提高了干细胞成骨分化。相比采用FDM型3D打印构建的以聚己内酯为支撑骨架、含细胞水凝胶为活性单元的复合支架，混合低温3D打印不仅赋予支架良好机械强度、多级微孔结构和持续的生物分子释放能力，而且能够将细胞均匀负载在支架各区域，实现干细胞的按需释放、迁移与锚定，促进干细胞增殖和成骨分化。
