Personalized bioprinting technology for de novo PDL regeneration
用于 PDL 从头再生的个性化生物打印技术
基本信息
- 批准号:10667088
- 负责人:
- 金额:$ 42.35万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2025-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-Dimensional3D PrintAddressAffectAlgorithmsAllogenicAnimal ModelAnimalsAnkylosisAnteriorAutologousBackBehaviorBiologicalCell CountCell SurvivalCell TherapyCell physiologyCell-Matrix JunctionCellsCementum FormationCharacteristicsClinicalClinical ProtocolsCoupledCustomDataData SetDecontaminationDentalDental CementumDevelopmentDorsalEdentulous MouthEncapsulatedEnvironmentFailureFamily suidaeFiberFunctional RegenerationFutureGene ExpressionGenerationsGenesHistologicHistologyHumanImmunohistochemistryImplantIn VitroIndividualInjuryInvestigationJawKnock-outMandibleMaxillaMediatingMedicalMethodsMicrospheresMiniature SwineModelingNatural regenerationOutcomePatientsPeriodontal LigamentPlantsPopulationPrintingProcessProductionProtocols documentationRegenerative MedicineSCID MiceSecureServicesShapesSourceSurfaceSurgical ReplantationTechnologyTennesseeTestingThickThinnessTissue EngineeringTissuesTooth AvulsionTooth LossTooth SocketTooth root structureTooth structureTransplantationTraumaWorkalveolar bonebioinkbioprintingcell bankdesignin vitro regenerationin vivoin vivo ModelinnovationmicroCTmouse modelosteogenicpermanent toothpersonalized medicinepreservationstem cell technologystem cellssubcutaneoustissue regenerationtrauma centers
项目摘要
ABSTRACT
Avulsion of permanent teeth is one of the most serious dental injuries. The periodontal ligament
(PDL) is damaged and contaminated during avulsion and the outcome after replantation of the
avulsed teeth is poor. Cell-based therapy using PDL stem cells (PDLSCs) provides us with the
opportunity to regenerate the PDL of avulsed teeth. Recent large animal studies have shown
promise of cell-based therapies for managing avulsed teeth. However, there is a lack of
systematic design and deployment of the type of cutting-edge tissue engineering technology that
would ultimately lead to development of a personalized medicine approach for the de novo PDL
regeneration of avulsed teeth. Here we propose to incorporate a newly developed, two-step
technology, namely the use of Biosynspheres and personalized 3D-bioprinting for stem cell-
mediated PDL regeneration. The first step involves the production of bio-ink containing PDLSCs
encapsulated in microspheres, termed PDLSC-Biosynspheres. The second step employs a
custom-made 3D-bioprinter designed with specific algorithms that can print a layer of PDLSC-
Biosynspheres onto the decontaminated and denuded tooth root following its natural surface
topography, with a desired and uniformed thickness for PDL regeneration on the entire root
surface. We hypothesize that the lost PDL on avulsed teeth can be regenerated de novo using
personalized bioprinting with PDLSC-Biosynspheres. In Aim 1, we will optimize the generation of
PDLSC-Biosynspheres and characterize their biological behaviors after being printed onto the
root surface in vitro and with an established SCID mouse model in vivo. In Aim 2, we will utilize
a simple mini-swine model to characterize the regeneration of functional PDL in vivo. We
anticipate that the combination of PDLSC-Biosynspheres and personalized 3D-bioprinting
technology will result in consistent PDL regeneration on the root, which will generate preliminary
data that sets the stage for more extensive large animal studies in a future R01 application. The
significant clinical impact is the potential to establish a Dental Trauma Management Center at the
Tennessee Institute of Regenerative Medicine (TennIRM) for replanting avulsed teeth aiming at
successful long-term favorable outcomes. Future endeavor will include establishing stem cell
banking to facilitate and secure the cell source for such medical therapies.
抽象的
恒牙撕脱是最严重的牙齿损伤之一。牙周膜
(PDL) 在撕脱过程中被损坏和污染以及再植后的结果
撕脱的牙齿很差。使用 PDL 干细胞 (PDLSC) 的细胞疗法为我们提供了
使撕脱牙齿的 PDL 再生的机会。最近的大型动物研究表明
基于细胞的疗法治疗撕脱牙齿的前景。然而,目前还缺乏
尖端组织工程技术的系统设计和部署
最终将导致开发针对 de novo PDL 的个性化医疗方法
撕脱牙齿的再生。在这里,我们建议采用新开发的两步法
技术,即使用 Biosynspheres 和个性化干细胞 3D 生物打印
介导的 PDL 再生。第一步涉及生产含有 PDLSC 的生物墨水
封装在微球中,称为 PDLSC-Biosynspheres。第二步采用
采用特定算法设计的定制 3D 生物打印机,可以打印一层 PDLSC-
生物合成球沿着其自然表面附着在已净化和裸露的牙根上
地形,具有所需的均匀厚度,以便整个根部的 PDL 再生
表面。我们假设撕脱牙齿上丢失的 PDL 可以使用以下方法从头再生:
使用 PDLSC-Biosynspheres 进行个性化生物打印。在目标 1 中,我们将优化生成
PDLSC-Biosynspheres 并在打印到
体外根表面和体内已建立的 SCID 小鼠模型。在目标 2 中,我们将利用
一个简单的迷你猪模型来表征功能性 PDL 体内的再生。我们
预计 PDLSC-Biosynspheres 和个性化 3D 生物打印的结合
技术将导致根部一致的 PDL 再生,这将产生初步的
数据为未来 R01 应用中更广泛的大型动物研究奠定了基础。这
重大临床影响是在该中心建立牙科创伤管理中心的潜力
田纳西州再生医学研究所 (TennIRM) 重新种植撕脱牙齿,旨在
成功的长期有利结果。未来的努力将包括建立干细胞
银行业务以促进和确保此类医疗疗法的细胞来源。
项目成果
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