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标题：再生牙齒之3D牙支架掃描成型技術探討

1楼

newmed 发表于：2008-6-26 8:26:00

再生牙齒之3D牙支架掃描成型技術探討

文：許嘉芳

在自然與正常的情況下，人類只有乳牙或恆牙兩種，因此當恆牙因基因缺陷、外力傷害或病菌造成齲蛀牙拔除後，就無法再長出新牙，因此，為了健康與美觀的因素，必需藉助義齒鑲造來產生第三副牙齒(假牙)。

目前的第三副牙齒的修復作業，無論是全齒或是部份義齒的鑲造鑲補，均需先製作一與患者完全相同的牙套，現行的牙套製程可分為口腔外、人工、半自動與口腔內全自動(電腦輔助設計/加工方式)，傳統的汞劑填補之義齒鑲補常造成汞重金屬對牙齒患者的神經病變(如視神經之傷害造成視野變窄、肢體震顫等神經症狀)而義齒鑲造則手續煩瑣,如人工牙套製程由牙醫師將患者的齲齒修整後，讓患者咬住藻膠以印製牙模，再委託牙模技師翻製石膏齒模，利用金屬脫腊鑄造方式製造牙套，此人工的方法在在用材、製程時效、及精度若不良時，易造成咬合面損壞的缺點；雖然可以幫患者解決缺牙的問題，然而其製作過程繁複，且所需的時間亦較長。

目前雖有植牙的技術問世，讓缺牙的患者多了一項選擇，利用鈦金屬釘固定的方式，可使假牙的使用期限增長，且較不會有掉落的問題，但價格昂貴非一般牙科病有所能負擔,因此目前常規的義齒鑲補以全陶瓷之牙套為主。

因此歐美的牙儀器製造商嚐試以CAD/CAM方式將3D掃描器導入到口腔外石膏齒模的取像應用上，進行快速與精確的掃描，雖然精度提高，但製程時效卻偏低，直到1985年Werner H Moermann與Macro Brandestini(美國專利4,575,805)開發出全自動的口腔內牙齒量測單元，並結合陶瓷milling的單元，用以進行全陶瓷電腦輔助設計暨加工之義齒鑲造及鑲補，在精度與時間效能上均獲得極佳的進步，但因系統為光學與機械的複雜架構，因此使產品價格偏高，無法普及到中小型牙醫診所，無法造福所有的牙齒患者。

隨著幹細胞組織工程技術的快速發展,帶動再生醫學(Regenerative Medicine)領域的技術突破,使再生牙學(Regenerative Dentistry)美夢成真,全球第一篇再生牙齒的文獻刊登於2002年10份的J Dent Res 81(10): 695-700由發明人Dr.Pamela C Yelick與其研究團隊發表Tissue Engineering of Complex Tooth Structures on Biodegradable Polymer Scaffolds文章後, 成功的利用豬的牙胚幹細胞與PLLA支架材料,形成可供再生的牙齒後,掀起全球研究單位與公司積極投入牙幹細胞組織工程技術與商品的研究,希望利用牙幹細胞組織工程技術來產生可供移植的第三副牙齒.目前已有美國、英國、日本等5個技術團隊投入先期研究,並取得美國專利的保護與未來的商機。

全球牙幹細胞組織工程法研究團隊圖;圖片取自網際網路,智慧財產權隸屬原持有單位

■再生牙齒(牙幹細胞組織工程技術)原理說明---

再生牙齒也稱為再生牙/齒學(Regenerative Dentistry),屬於再生醫學(Regen-erative Medicine)的支系,就是以幹細胞組織工程技術(Stemcell-Based Tissue En-gineering techniques),利用幹細胞(Stem cells),訊號/生長因子(Signal/Growth factor)與生物分解支架(Scaffolds)等三元素,構成可供移殖的再生牙齒器官。

牙幹細胞組織工程流程概念圖;部份圖片取自網際網路,智慧財產權隸屬原持有單位.

■再生醫學之技術概念沿革---

要了解再生牙齒必需先了解組織工程與幹細胞等技術的歷史沿革發展,才能得知再生牙齒的發展與可行性,首先看到的是組織工程技術,在1987年春季華裔美籍科學家馮元楨教授在美國國家科學基金會的會議上,首次提到組織工程(Tissue Engineering)的名稱。

同年十月NSF特定組織工程為新興科技,到了1988年二月在Lake Tahoe, California, NSF主導了第一次組織工程的科學研討會 ,開啟了組織工程學術研究的先河,希望利用組織工程的3大核心元素：細胞.訊息/生長因子與生物分解支架在體外產生人類的器官,並能再植回人體以解決器官短缺與移殖之免疫排斥問題,在習知的醫療常規技術(切除Resection,修補Repair,替代Replacement)外新增再生 (Regenerative)技術,奠定了人類再生醫學(Regenerative Medicine)全新概念。

但這全新的技術一直到1995年10月26日才引起世人的震撼與注目,曹誼林教授、Robert Langer 、 Joseph Vacanti 與 CharlesVacanti將人類軟骨細胞種植到3D支架上,並移殖到裸鼠背上產生享譽全球的人耳鼠(mouse with human ear)至此組織工程的革命曙光才被全球的研究單位所重視,並投入人力與經費到這領域中,使得人類的皮膚,軟骨,骨骼,血管,神經,眼角膜,肝臟,腎臟, 膀胱,子宮等等器官的組織工程報導陸續出現,並已進入臨床實驗階段,讓人類再生醫學邁向展新的里程碑。

傳統組織工程中組織器官酵素分解成單一細胞的流程則在1998年人類胚胎幹細胞的調控突破後獲的大步的成長。

1998年由湯姆森（James Thomson）與吉爾哈特（John Gearhart）兩組人員分別由囊胚期胚胎與胎兒的生殖脊進行人類胚胎幹細胞的分離與培養，調配出適合幹細胞分裂且又能阻止其分化的培養基，分別完成了胚胎及胎兒幹細胞的培養，這些幹細胞將可分化出人類250種類型的細胞，包括外胚層、中胚層及內胚層的細胞株,解決傳統組織工程細胞培養的質量瓶頸,因此全新的生物工程技術誕生,利用幹細胞組織工程(stemcell based tissue engineering)的方法,成為再生醫學的研究主流,使的人類的醫學研究邁向全新的領域快速發展。

再生牙齒是需由胚胎學、分子生物學、生物化學工程、光機電工程、牙科醫學與臨床及高分子化學工程與3D資訊等產學合作與分工才能成功與發展的新科學,因此碧達科技將幹細胞與生長因子部份採協同實驗室的方式分工,專注於3D牙支架掃描成型技術的發展,希望製造出可供牙胚、牙髓與牙周幹細胞與非牙源(如髮上皮細胞、脂肪間質幹細胞)等專用之3D支架,在本次Bio Taiwan 2006中,碧達科技展出牙支架之掃描成型(專利申請中)原型成果,其核心技術流程如附圖：

首先利用專利申請中的腔內成型技術由牙科病友口中取的3D的牙輪廓圖經程式演算取得3D面之立體檔案供牙醫與牙技師討論牙冠之型狀與機械性質等成型之數據。

接著將此三維模型以程式演算成適合加工的橫切面向量資料,以形成可供光敏樹脂曝光的動態光罩圖,利用光與光敏樹脂的聚合反應使光罩圖在樹脂表面硬化,經同樣的作業迴路使牙齒的輪廓逐層成型與固化,行成一組非生物分解用牙支架實體原型,再利用矽膠翻模的方式取得一矽膠微模具（Micromold）,因為目前國際間尚未有一固定支架材料準則,因此碧達以美國FDA已公佈之合格材料為基礎(如PLA、PLLA、PLGA、PCL等等),採用台灣興技生技的PLA 為微澆注(Micro-cast)的材料,設計出可供移植的3D支架。