3D-биопечать в реконструктивной хирургии: возможности и перспективы
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu11.2024.305Аннотация
3D-биопечать является одной из передовых технологий, которая активно изменяет подходы к реконструктивной пластической хирургии, предлагая новые возможности для создания персонализированных, биосовместимых и функциональных тканей и органов. Это направление позволяет создавать сложные тканевые структуры, значительно улучшая качество восстановления после травм и хирургических вмешательств. В данном обзоре рассматриваются ключевые принципы и технологии 3D-биопечати, ее применение в реконструктивной хирургии, а также перспективы дальнейшего развития этой методики. Отдельное внимание уделено материалам, которые используются для создания 3D-структур, включая биочернила, синтетические и натуральные полимеры, а также внеклеточные матрицы, обеспечивающие формирование тканей, аналогичных природным. Технологии послойного построения тканей, такие как струйная, лазерная печать и экструзия, используются для создания индивидуализированных анатомических моделей, которые помогают хирургам тщательно планировать операции. Несмотря на значительные успехи, существуют задачи, такие как разработка новых биоматериалов, повышение точности моделей и снижение стоимости оборудования, что ограничивает широкое внедрение 3D-биопечати в клиническую практику. Тем не менее ее потенциал для значительного улучшения хирургических результатов и качества жизни пациентов не вызывает сомнений.
Ключевые слова:
3D-биопечать, реконструктивная пластическая хирургия, биологические матрицы, клеточные материалы, биосовместимые полимеры, тканевая инженерия, реконструкция тканей
Скачивания
Данные скачивания пока недоступны.
Библиографические ссылки
References
Wang Z., Wang L., Li T., Liu S., Guo B., Huang W., Wu Y. 3D bioprinting in cardiac tissue engineering.Theranostics, 2021, vol. 11, no. 16, pp. 7948–7969.
Matai I., Kaur G., Seyedsalehi A., McClinton A., Laurencin C. T. Progress in 3D bioprinting technology for tissue/organ regenerative engineering. Biomateri-als, 2020, vol. 226, p. 119536.
Ostrovidov S., Salehi S., Costantini M., Suthiwanich K., Ebrahimi M., Sadeghian R. B., Fujie T., Shi X., Cannata S., Gargioli C., Tamayol A., Dokmeci M. R., Orive G., Swieszkowski W., Khademhosseini A. 3D bioprinting in skeletal muscle tissue engi-neering. Small, 2019, vol. 15, no. 24, e1805530.
Dey M., Ozbolat I. T. 3D bioprinting of cells, tissues and organs. Sci. Rep., 2020, vol. 10, no. 1, p. 14023.
Gungor-Ozkerim P. S., Inci I., Zhang Y. S., Khademhosseini A., Dokmeci M.R. Bioinks for 3D bioprinting: an overview. Biomater Sci., 2018, vol. 6, no. 5, pp. 915–946.
Zhang J., Wehrle E., Rubert M., Müller R. 3D bioprinting of human tissues: biofabrication, bioinks, and bioreactors. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, no. 8, p. 3971.
Shukla P., Yeleswarapu S., Heinrich M. A., Prakash J., Pati F. Mimicking tumor microenvironment by 3D bioprinting: 3D cancer modeling. Biofabrica-tion, 2022, vol. 14, no. 3.
Murphy S. V., De Coppi P., Atala A. Opportunities and challenges of trans-lational 3D bioprinting.Nat. Biomed. Eng., 2020, vol. 4, no. 4, pp. 370–380.
Yarikov A. V., Gorbatov R. O., Denisov A. A., Smirnov I. I., Fraerman A. P., Sosnin A. G., Perlmutter O. A., Kalinkin A. A. Application of additive 3D printing technolo-gies in neurosurgery, vertebrology, traumatology and orthopedics. Clinical prac-tice, 2021, vol. 12, no. 1, pp. 90–104. (In Russian)
Chobulov S. A., Kravchuk A. D., Potapov A. A., Likhterman L. B., Maryahin A. D., Sinbukhova E. V. Modern aspects of reconstructive surgery of skull defects. Burdenko’s Journal of Neurosurgery, 2019, vol. 83, no. 2, pp. 115–124. (In Rus-sian)
Baindurashvili A. G., Vissarionov S. V., Poznovich M. S., Ovechkina A. V., Zaletina A. V. Application of three-dimensional printing in spine surgery and other bone pa-thologies. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia, 2019, no. 6. (In Rus-sian)
Zennifer A., Manivannan S., Sethuraman S., Kumbar S. G., Sundaramurthi D. 3D bioprinting and photocrosslinking: emerging strategies & future per-spectives. Biomater. Adv., 2022, vol. 134, p. 112576.
Shavandi A., Hosseini S., Okoro O. V., Nie L., Eghbali F., Melchels F. 3D bioprinting of lignocellulosic biomaterials. Adv. Healthc. Mater., 2020, vol. 9, no. 24, e2001472.
Zheng X., Huang J., Lin J., Yang D., Xu T., Chen D., Zan X., Wu A. 3D bi-oprinting in orthopedics translational research. J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 2019, vol. 30, no. 13, pp. 1172–1187.
Hong N., Yang G. H., Lee J., Kim G. 3D bioprinting and its in vivo applica-tions. J. Biomed. Mater. Res.B. Appl. Biomater., 2018, vol. 106, no. 1, pp. 444–459.
Lam E. H. Y., Yu F., Zhu S., Wang Z. 3D bioprinting for next-generation per-sonalized medicine. Int. J. Mol. Sci., 2023, vol. 24, no. 7, p. 6357.
Gupta S., Bit A. 3D bioprinting in tissue engineering and regenerative med-icine. Cell Tissue Bank, 2022, vol. 23, no. 2, pp. 199–212.
Decante G., Costa J. B., Silva-Correia J., Collins M. N., Reis R. L., Oliveira J. M. Engineering bioinks for 3D bioprinting. Biofabrication, 2021, vol. 13, no. 3, p. 032001.
Yang P., Ju Y., Hu Y., Xie X., Fang B., Lei L. Emerging 3D bioprinting appli-cations in plastic surgery. Biomater. Res., 2023, vol. 27, no. 1, p. 1.
Shi Y., Xing T. L., Zhang H. B., Yin R. X., Yang S. M., Wei J., Zhang W. J. Tyro-sinase-doped bioink for 3D bioprinting of living skin constructs. Biomed. Mater., 2018, vol. 13, no. 3, p. 035008.
Lin F. S., Lee J. J., Lee A. K., Ho C. C., Liu Y. T., Shie M. Y. Calcium silicate-activated gelatin methacrylate hydrogel for accelerating human dermal fibroblast prolifera-tion and differentiation. Polymers (Basel),2020, vol. 13, no. 1, pp. 70.
Jang M. J., Bae S. K., Jung Y. S., Kim J. C., Kim J. S., Park S. K., Suh J. S., Yi S. J., Ahn S. H., Lim J. O. Enhanced wound healing using a 3D printed VEGF-mimicking pep-tide incorporated hydrogel patch in a pig model. Biomed. Mater., 2021, vol. 16, no. 4.
Intini C., Elviri L., Cabral J., Mros S., Bergonzi C., Bianchera A., Flammini L., Govoni P., Barocelli E.,Bettini R., McConnell M. 3D-printed chitosan-based scaffolds: an in vitro study of human skin cell growth and an in-vivo wound healing evaluation in ex-perimental diabetes in rats. Carbohydr. Polym.,2018, vol. 199, pp. 593–602.
Sandri G., Rossi S., Bonferoni M. C., Miele D., Faccendini A., Del Favero E., Di Cola E., Icaro Cornaglia A., Boselli C., Luxbacher T., Malavasi L., Cantu’ L., Ferrari F. Chitosan/glycosaminoglycan scaffolds for skin reparation. Carbohydr. Polym., 2019, vol. 220, pp. 219–227.
Roshangar L., Rad J. S., Kheirjou R., Khosroshahi A. F. Using 3D-bioprinting scaffold loaded with adipose-derived stem cells to burns wound healing. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2021, vol. 15, no. 6,pp. 546–555.
Li W., Sheng K., Ran Y., Zhang J., Li B., Zhu Y., Chen J., He Q., Chen X., Wang J., Jiang T., Yu X., Ye Z. Transformation of acellular dermis matrix with dicalcium phosphate into 3D porous scaffold for bone regeneration. J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 2021, vol. 32, no. 16, pp. 2071–2087.
Zhou G., Jiang H., Yin Z., Liu Y., Zhang Q., Zhang C., Pan B., Zhou J., Zhou X., Sun H., Li D., He A., Zhang Z., Zhang W., Liu W., Cao Y. In vitro regeneration of patient-specific ear-shaped cartilage and its first clinical application for auricular reconstruc-tion. EBioMedicine, 2018, vol. 28, pp. 287–302.
Jia L., Hua Y., Zeng J., Liu W., Wang D., Zhou G., Liu X., Jiang H. Bioprinting and regeneration of auricular cartilage using a bioactive bioink based on microporous pho-tocrosslinkable acellular cartilage matrix. Bioact. Mater., 2022, vol. 16, pp. 66–81.
Brennan J. R., Cornett A., Chang B., Crotts S. J., Nourmohammadi Z., Lombaert I., Hollister S. J.,Zopf D. A. Preclinical assessment of clinically streamlined, 3D-printed, biocompatible single- and two-stage tissue scaffolds for ear reconstruction. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater., 2021, vol. 109,no. 3, pp. 394–400.
Dong X., Askinas C., Kim J., Sherman J. E., Bonassar L. J., Spector J. A. Efficient engineering of human auricular cartilage through mesenchymal stem cell chaper-oning. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2022,vol. 16, no. 9, pp. 825–835.
Posniak S., Chung J. H. Y., Liu X., Mukherjee P., Gambhir S., Khansari A., Wallace G. G. Bioprinting of chondrocyte stem cell co-cultures for auricular cartilage re-generation. ACS Omega, 2022, vol. 7, no. 7, pp. 5908–5920.
Xie X., Wu S., Mou S., Guo N., Wang Z., Sun J. Microtissue-based bioink as a chondrocyte microshelter for DLP bioprinting. Adv. Healthc. Mater., 2022, vol. 11, no. 22, e2201877.
Suszynski T. M., Serra J. M., Weissler J. M., Amirlak B. Three-dimensional printing in rhinoplasty. Plast. Reconstr. Surg.,2018, vol. 141, no. 6, pp. 1383–1385.
Lan X., Liang Y., Erkut E. J. N., Kunze M., Mulet-Sierra A., Gong T., Osswald M., Ansari K., Seikaly H.,Boluk Y., Adesida A. B. Bioprinting of human nasoseptal chondro-cytes-laden collagen hydrogel for cartilage tissue engineering. FASEB J., 2021, vol. 35, no. 3, e21191.
Choi Y. J., Cho D. W., Lee H. Development of silk fibroin scaffolds by using indirect 3D-bioprinting technology. Micromachines (Basel), 2021, vol. 13, no. 1, p. 43.
Klosterman T., Romo T. III. Three-dimensional printed facial models in rhi-noplasty. Facial Plast. Surg.,2018, vol. 34, no. 2, pp. 201–204.
De Greve G., Malka R., Barnett E., Robotti E., Haug M., Hamilton G., Lekakis G., Hellings P. W. Threedimensional technology in rhinoplasty. Facial Plast. Surg., 2022, vol. 38, no. 5, pp. 483–487.
Ruiz-Cantu L., Gleadall A., Faris C., Segal J., Shakesheff K., Yang J. Multi-material 3D bioprinting of porous constructs for cartilage regeneration. Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. Appl., 2020, vol. 109,pp. 110578.
Lee S. S., Wu Y. C., Huang S. H., Chen Y. C., Srinivasan P., Hsieh D. J., Yeh Y. C., Lai Y. P., Lin Y. N. A novel 3D histotypic cartilage construct engineered by supercritical carbon dioxide decellularized porcine nasal cartilage graft and chondrocytes exhibited chondrogenic capability in vitro. Int. J. Med. Sci., 2021, vol. 18, no. 10, pp. 2217–2227.
Hasani-Sadrabadi M. M., Sarrion P., Pouraghaei S., Chau Y., Ansari S., Li S., Aghaloo T., Moshaverinia A. An engineered cell-laden adhesive hydrogel promotes cra-niofacial bone tissue regeneration in rats. Sci. Transl. Med., 2020, vol. 12, no. 534, eaay6853.
Todorova D., Simoncini S., Lacroix R., Sabatier F., Dignat-George F. Extra-cellular vesicles in angiogenesis. Circ. Res., 2017, vol. 120, no. 10, pp. 1658–1673.
Tong J., Mou S., Xiong L., Wang Z., Wang R., Weigand A., Yuan Q., Horch R. E., Sun J., Yang J. Adipose-derived mesenchymal stem cells formed acinar-like structure when stimulated with breast epithelial cells in three-dimensional culture. PLoS One, 2018, vol. 13, no. 10, e0204077.
Säljö K., Apelgren P., Stridh Orrhult L., Li S., Amoroso M., Gatenholm P., Kölby L. Long-term in vivo survival of 3D-bioprinted human lipoaspirate-derived adipose tissue: proteomic signature and cellular content. Adipocyte, 2022, vol. 11, no. 1, pp. 34–46.
Cox B. L., Ludwig K. D., Adamson E. B., Eliceiri K. W., Fain S. B. An open source, 3D printed preclinical MRI phantom for repeated measures of contrast agents and reference standards. Biomed. Phys. Eng. Express, 2018, vol. 4, no. 2, p. 027005.
Загрузки
Опубликован
22.01.2025
Как цитировать
Субботина, Е., Черкиев , А., Лендыч , В., Чижова , Е., & Макарова , Ю. (2025). 3D-биопечать в реконструктивной хирургии: возможности и перспективы. Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина, 19(3), 249–264. https://doi.org/10.21638/spbu11.2024.305
Выпуск
Раздел
Хирургия
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
