盡管3D打印在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用屬于起步階段，但短短數(shù)年發(fā)展至今已有不少令人嘆為觀止的成果。除了義肢、假牙、骨骼支架等沒有生命特征的產(chǎn)品，科學(xué)家們已開始著手研究具有活性的人體細(xì)胞組織和器官，或在將來(lái)大面積填補(bǔ)器官移植的缺口。
3D打印技術(shù)是近年來(lái)的熱門詞匯，且隨著技術(shù)的進(jìn)步，3D打印機(jī)變得廉價(jià)和無(wú)處不在。螺母、螺栓、耳機(jī)、眼鏡、運(yùn)動(dòng)鞋、珠寶、骨灰盒，甚至是建筑物模型及整棟房屋，都能通過3D打印機(jī)被制作出來(lái)。而如今，這項(xiàng)技術(shù)又滲透到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，骨骼修復(fù)、打印心臟、人工血管……這些科幻電影中的元素正在成為現(xiàn)實(shí)。日前召開的第三屆世界３Ｄ打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)＜冶硎?，３Ｄ打印未?lái)在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?ldquo;應(yīng)用無(wú)限”。
大幅節(jié)省時(shí)間成本
6月9日，一對(duì)來(lái)自江西的連體女嬰在上海復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院成功接受分離手術(shù)的新聞受到廣泛關(guān)注。據(jù)悉，此次分離手術(shù)采用了3D打印技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)輔助，這在中國(guó)兒童醫(yī)院連體兒分離手術(shù)中尚屬首次。
事實(shí)上，早在去年，國(guó)內(nèi)就有3D打印技術(shù)用于醫(yī)療領(lǐng)域的案例。在第四屆上海國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)與工程大會(huì)上，中國(guó)工程院院士戴尅戎告訴《國(guó)際金融報(bào)》記者，他接觸的第一個(gè)運(yùn)用3D打印技術(shù)的案例是骨盆手術(shù)。“這兩年，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展是飛速的，在3D打印市場(chǎng)中，醫(yī)療市場(chǎng)份額排在第三名，未來(lái)的前景也十分廣闊”。
戴尅戎在采訪中向記者介紹了這樣一個(gè)案例，醫(yī)生通過提取一位患脂肪瘤女孩腿部的CT參數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入3D打印機(jī)，并打印出女孩腿部的下肢骨骼3D模型，最終幫助女孩雙腳直立。
簡(jiǎn)言之，3D打印在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，一方面是通過患者病變部位掃描成像，利用3D打印機(jī)將二維圖像打印成3D模型，讓病人和醫(yī)生更為直觀地觀察與溝通，并根據(jù)模型反映的實(shí)際情況量身定制手術(shù)方案，保證手術(shù)精度；另一方面，通過3D模型，用特殊的生物“墨汁”打印活體細(xì)胞，在體外培育仿生器官及活體組織，再植入人體內(nèi)。“由于一般常規(guī)的假體都是標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，3D打印不僅能制定出最適合病人的手術(shù)方案，也能為病人安裝上最合適的假體。”戴尅戎說(shuō)。
“除了骨科，神經(jīng)外科和整形外科也是目前運(yùn)用3D打印技術(shù)最頻繁的領(lǐng)域。”臺(tái)灣中國(guó)醫(yī)藥大學(xué)附設(shè)醫(yī)院3D打印醫(yī)療研發(fā)中心副主任陳怡文對(duì)記者介紹，“運(yùn)用3D打印技術(shù)的治療費(fèi)用和時(shí)間普遍比傳統(tǒng)治療要少1/3。”
此前，臺(tái)灣中國(guó)醫(yī)藥大學(xué)附設(shè)醫(yī)院接治了一名腦瘤患者，就是用3D打印技術(shù)為后者打印了頭蓋骨，總價(jià)花費(fèi)7萬(wàn)臺(tái)幣，比使用傳統(tǒng)材料便宜了近一半。“現(xiàn)在，越來(lái)越多的人開始接受并喜歡3D打印技術(shù)，還有一些患者會(huì)主動(dòng)詢問醫(yī)生3D打印的治療方案。”陳怡文表示，“在后期的病人回訪過程中，我們發(fā)現(xiàn)，使用了3D打印技術(shù)的手術(shù)，病人恢復(fù)得都要更快更好。”
3D打印技術(shù)不但讓患者受益，也讓器械生產(chǎn)商有了更好的發(fā)展。使用傳統(tǒng)手段和器材生產(chǎn)的醫(yī)療器械產(chǎn)品，通常需要消耗生產(chǎn)商大量的成本和時(shí)間，而如今，3D打印和添加制造設(shè)備生產(chǎn)商Stratasys公司正在與美國(guó)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)商Worrell設(shè)計(jì)公司合作，通過運(yùn)行3D注塑成型技術(shù)，幫助醫(yī)療器械生產(chǎn)商更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，并且可節(jié)省70%的成本，以及95%的時(shí)間。
“在驗(yàn)證一系列的3D成型樣機(jī)功能測(cè)試中，我們只需要作出幾個(gè)重要的設(shè)計(jì)變更，打印修訂模具，第二天便可運(yùn)行成型零件，而不需要投入大量資金在模具修改和加工中。憑借這項(xiàng)技術(shù)，可以做到測(cè)試和滅菌無(wú)需使用任何工具。”Worrell公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Derek Mathers如是說(shuō)。
開啟私人定制時(shí)代
在如今崇尚個(gè)性化消費(fèi)的浪潮中，個(gè)體化健康方案無(wú)疑是一個(gè)大趨勢(shì)，而3D醫(yī)療顯然是促進(jìn)個(gè)性化發(fā)展的最好方式。美國(guó)毒理研究院院士、藍(lán)光3D生物打印研究院院長(zhǎng)康裕建認(rèn)為，臨床醫(yī)學(xué)引入3D打印技術(shù)，開啟了“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”、“訂制健康”的時(shí)代。
Stratasys大中華區(qū)總經(jīng)理汪祥艮表示，以起步最早的整形外科、骨科、牙科、神經(jīng)外科等應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)顯示，這項(xiàng)技術(shù)可以做出最符合患者個(gè)性化需求的下頜、人工關(guān)節(jié)、種植牙、頭蓋骨、義肢等，比現(xiàn)行醫(yī)療器材所能提供的選擇更加精準(zhǔn)到位。
而3D打印醫(yī)療的潛在市場(chǎng)規(guī)模也非常龐大。據(jù)川財(cái)證券統(tǒng)計(jì)，2014年，全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模約為60億美元，最近3年的年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到73%，未來(lái)3D打印行業(yè)仍將保持高速增長(zhǎng)。其中，3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場(chǎng)未來(lái)3年平均增速將保持在25%以上，市場(chǎng)規(guī)模超百億。2013年在所有涉及3D打印的應(yīng)用專利中，有38%與醫(yī)藥領(lǐng)域有關(guān)，潛在發(fā)展空間巨大。
“精準(zhǔn)醫(yī)療”也得到了中國(guó)政府的高度重視。“中國(guó)制造2025”規(guī)劃將生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域；2015年2月，工信部發(fā)布“增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃”，計(jì)劃到2016年，醫(yī)用3D打印將初步成為新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具；此外，工業(yè)4.0等諸多政策均利好醫(yī)用3D打印的發(fā)展。
面臨技術(shù)政策瓶頸
值得注意的是，盡管醫(yī)用3D打印產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍廣泛，但仍面臨行業(yè)壁壘較高，上下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未成型，監(jiān)管政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)幾近空白的問題。
據(jù)報(bào)道，現(xiàn)階段3D打印醫(yī)療并未直接面向病患，而是以科研用途為主。川財(cái)證券調(diào)研顯示，目前，3D打印在醫(yī)療中的應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)療教學(xué)、手術(shù)模擬、患者溝通、牙科及骨科、醫(yī)藥科研以及藥物篩選等。
此外，雖然3D打印可以制作生物假體，但生物信息處理、高精度打印機(jī)等是目前3D生物打印面臨的最大瓶頸。據(jù)悉，在打印一個(gè)生物假體之前，要了解它的全部信息，并根據(jù)掌握的信息進(jìn)行二維到三維的轉(zhuǎn)化。一些復(fù)雜的器官，如心臟、肝臟等，由于血管、細(xì)胞等組織分布密集，如果沒有完全獲得此類臟器的信息，打印出來(lái)的仿生品發(fā)揮不出功效。而要解決這一系列難題尚需時(shí)日。同時(shí)，打印所需的材料——“生物墨水”的研發(fā)難度仍較高，主要表現(xiàn)在細(xì)胞間如何作用，怎么排列，如何控制其所處的微環(huán)境等。
“總體而言，我國(guó)的3D打印技術(shù)仍處于起步階段。”戴尅戎認(rèn)為，中國(guó)與歐美國(guó)家相比仍有較大差距，目前關(guān)于3D打印的核心技術(shù)多數(shù)都在國(guó)外，而我國(guó)醫(yī)療行業(yè)使用的3D打印機(jī)和金屬打印材料多數(shù)依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)的技術(shù)還欠成熟。
除了上述技術(shù)性難題，3D生物打印還面臨政策空白和倫理問題。蘇州大業(yè)三維打印技術(shù)有限公司副總經(jīng)理吳展名說(shuō)：“2014年下半年，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布文件規(guī)定，醫(yī)療用3D打印產(chǎn)品必須通過驗(yàn)證和注冊(cè)，但目前還沒有一個(gè)產(chǎn)品獲得注冊(cè)證，在這種情況下，我們只能先做一些不需要驗(yàn)證注冊(cè)產(chǎn)品或者一類醫(yī)療器械。”
為此，北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院教授陳繼民此前在接受記者采訪時(shí)表示，3D打印在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用是一個(gè)由遠(yuǎn)到近的過程，樂觀估計(jì)還需5至10年才能獲得突破。
來(lái)源：國(guó)際金融報(bào)