牙材3D列印再生術

btn_pdf導老師:牙醫學系 丁群展助理教授 

參與學生:牙醫學系 游智傑、蘇俊

運用3D列印和生物墨水技術,目前除了運用於口腔重建以外,亦可應用在醫學美容,填補病人因為口腔癌或各種內外在因素而切除的組織,讓顧客擁有嶄新、美觀的外貌。未來也期望可以客製化並快速製作出缺牙病患的牙齒生物組織。

一、計畫目標

短期目標:實驗室穩定培養母細胞,利用組織培養和生物科技技術量產生物細胞墨水。

長期目標:運用3D列印和生物墨水,列印出人工牙齒與組織器官。

本計畫運用最新領域的3D列印技術結合醫療專業領域的生物細胞墨水,關可以客製化並快速列印出病患所缺損的細胞和組織,產生新的器官藉由外科手術植入病人體內,達到人體組織壞死或缺損就填補新組織器官的最終目標。

 

二、顧客市場評析

因為不可逆的傷害造成外表的缺陷,使患者術後蒙上極大的陰影,產生逃避人群的行為。本計畫希望藉由新技術,讓病人恢復健康的同時也可以恢復原本的樣貌,找回自信。

在牙科領域方面,高齡化時代來臨,老年人對假牙的需求量龐大,台灣每年需求量約為100萬顆、美國更高達9000萬顆,運用此技術期望可利用特殊細胞原料列印製造出生物牙,讓缺牙老人可以獲得原本健康的牙齒,滿足顧客想要自然牙齒的需求。

 

三、創新重點

本計畫運用生物細胞當原料,運用3D列印堆疊成型,列印出牙齒、骨頭組織血管等各種組織器官,藉由外科手術將培養的組織器官植入病人缺損的部位,讓病人重拾健康與美觀。實驗室存有母細胞株,可將這些母細胞在實驗室複製成大量的生物墨水,列印時一層層堆疊,用3D printer先噴一層基質(如膠原纖維),再將一顆顆母細胞噴在基質上,再噴一層營養物質(如鈣質、磷酸鹽、生長因子)使母細胞分化成熟。3D printer重複以上步驟,將組織、器官列印出來。關鍵步驟為穩定生產生物墨水,運用3D印表機成型,列印出牙齒、骨頭、組織和器官等。

四、產業競爭力

本計畫為整合各項尖端科技,列印出人體器官,取代傳統義肢不美觀和生物不相容的問題在牙科中,缺牙時病人會製作金屬陶瓷假牙,但用這些工業材料製作的假牙還是有很多缺點,如金屬和化學物質在口腔中滲出影響健康,因為是人造義齒會產生生物不相容甚至排斥等問題,假牙再怎麼模仿自然牙、做得再好畢竟還是假牙,但我們直接從生物細胞切入,讓細胞成長發育成一顆生物牙再植入缺牙部位,可解決大部分人工假牙所產生的問題。牙醫師將生物牙經由植牙手術植入病人牙床上,會有許多好處,因為生物牙是有生物活性的,在體內可以藉由細胞與細胞間的交互作用,讓牙齒與齒槽骨間可以應環境的刺激作出移動、免疫等生物反應。總而言之,生物牙為有生物功能的牙齒,在人體內生物相容性高,外觀自然美觀,這些是傳統假牙達不到的效果。

 

五、預期重點效益

  1. 免於裝假牙的不適:運用琺瑯質、牙本質等母細胞,配合3D printing技術,客製化列印生物牙,並植入牙床,讓病人重新擁有一套健康的牙齒,享用各種食物以利獲營養均衡,整體健康狀況藉此獲得改善。
  2. 回復顏面美觀:口腔癌病人切除癌細胞,術後臉部受損大半。運用生物墨水和3D printing技術,將切除的骨頭、細胞重製,經過細胞間生物化學的反應,在病人身上生長成原來健康的樣子,讓術後病人充滿自信。
牙材3D-圖3
生物墨水3D列印示意圖

 

 

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