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數(shù)據(jù)顯示，全世界每天共有18個人因為找不到合適的器官移植而導(dǎo)致死亡。但這種局面有望得到改變，今后我們或許將可以通過3D打印得到合適的器官。
《經(jīng)濟參考報》記者采訪了解到，目前美國Organovo公司已經(jīng)用3D打印技術(shù)培養(yǎng)出人體肝臟組織，用于毒理預(yù)測學(xué)和疾病建模，并計劃在今年年底正式商用。隨著技術(shù)的日益成熟，3D打印將掀起醫(yī)學(xué)界的產(chǎn)業(yè)革命。
應(yīng)用市場將超百億
上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的骨科診室，一個特別的手術(shù)正在進行。
這是一個骨盆腫瘤患者，經(jīng)過診治后大半個骨盆被切除，面臨殘廢的風(fēng)險，醫(yī)生正在想辦法讓他重新站立行走。
中國工程院院士、該院骨科主任戴尅戎教授介紹，按照以前的辦法，一般是使用制好的“通用型”金屬制品或經(jīng)過處理的異體骨頭修復(fù)骨骼巨大缺損，但匹配度差，效果并不好。而如今，他們正在嘗試用3D打印技術(shù)為患者重新“打印”一個新的骨盆。
在手術(shù)前，他們用CT掃描和磁共振技術(shù)采集完整的骨盆和腫瘤的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上在計算機中構(gòu)建出病人骨盆的立體圖像，并給出腫瘤的邊界和手術(shù)切除的范圍。同時，通過3D打印設(shè)備，打印出一個完整的與病人相同的骨盆模型。由醫(yī)師先在模型上進行模擬切除，根據(jù)模型的殘缺情況，設(shè)計制造出人工半骨盆假體并在模型上進行模擬安裝和修正，模擬安裝成功后，再使用鈦合金打印出真正的骨盆假體。手術(shù)切除腫瘤后，植入假體并與殘留骨盆精確連接。訂制的骨盆表面還可加上特殊涂層或微孔結(jié)構(gòu)，有利于周圍組織與假體形成一體。最后的手術(shù)很成功，病人已經(jīng)能夠站立行走。
據(jù)悉，從上世紀80年代后期，戴尅戎的醫(yī)學(xué)團隊就開始在骨科應(yīng)用3D打印技術(shù)即快速原型技術(shù)，已利用3D打印技術(shù)為九院和其他醫(yī)院的數(shù)百例四肢和骨盆嚴重病變的病人制作了不同部位和形狀的個體化骨關(guān)節(jié)修復(fù)假體，并取得成功。
3D打印也稱“增材制造(AdditiveManufacturing)”，與傳統(tǒng)的機械制造主要通過削除材料完成產(chǎn)品的方式不同，是一種以計算機的數(shù)據(jù)設(shè)計文件為基礎(chǔ)，使用粉末狀金屬或塑料或者其他可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式，將材料逐層沉積或黏合以構(gòu)造成三維物體的技術(shù)。3D打印早在80年代就已經(jīng)在美國出現(xiàn)，目前3D打印設(shè)備已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、工業(yè)、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域。
戴尅戎對記者表示，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展空間巨大。從醫(yī)學(xué)角度看，3D打印技術(shù)有幾個特點，即因人制宜、就地制作、不限數(shù)量、節(jié)約成本，正好能滿足個體化、精準(zhǔn)化醫(yī)療的需求。
3D打印頂尖咨詢機構(gòu)Wohlers去年發(fā)布的一項報告顯示，2012年3D打印市場(包括全球范圍內(nèi)所有的產(chǎn)品和服務(wù))年平均增長28.6%(復(fù)合年增長率)，總產(chǎn)值達到22.04億美元，過去三年(2010年-2012年)的年平均增長率為27.4%。2019年3D打印市場規(guī)模將達到60億美元。在醫(yī)療方面的應(yīng)用市場份額占15.1%，位居第三位。Lux Research的分析師預(yù)測，3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)將迅速采用，預(yù)測2025年該市場達到19億美元，折合人民幣超百億。
有望重塑醫(yī)療行業(yè)
業(yè)界認為，3D打印在醫(yī)療行業(yè)甚至整個生命學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。康奈爾大學(xué)機械工程與計算機科學(xué)技術(shù)教授胡迪·利普森提出了一個“3D打印生命階梯”概念，即把身體各部位排列成一個階梯。階梯底層是無生命的假肢；中層是簡單的活性組織如骨骼與軟骨；再往上是靜脈和皮膚；最靠近階梯頂層的是復(fù)雜且關(guān)鍵的器官，如心臟、肝臟和大腦；生命階梯的頂層將是完整的生命單位——也許有一天將會是具備完整功能的人造生命形式。
戴尅戎介紹，目前醫(yī)療行業(yè)3D打印技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾方面：一是無需留在體內(nèi)的醫(yī)療器械，包括醫(yī)療模型、診療器械、康復(fù)輔具、假肢、助聽器、齒科、手術(shù)導(dǎo)板等；二是個性化永久植入物，使用鈦合金、鈷鉻鉬合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通過3D打印骨骼、軟骨、關(guān)節(jié)、牙齒等產(chǎn)品，通過手術(shù)植入人體；三是3D生物打印，即使用含細胞和生長因子的“生物墨水”，結(jié)合其他材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)成功后，有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。
Stratasys公司是全球3D打印的領(lǐng)先企業(yè)，專注于生產(chǎn)用于原型制作和直接制造的多個系列的3D打印機和打印材料，最近還發(fā)布了全球首款彩色多材料3D打印機。在體外醫(yī)療器械尤其是骨科和齒科領(lǐng)域，Stratasys已經(jīng)有多款產(chǎn)品，他們能做到用不同的材料(包括FDM熱塑性塑料和PolyJet光敏聚合物)模擬人體器官，外觀更逼真且具備真實器官的密度和質(zhì)感，從而幫助外科醫(yī)生了解肝臟和腎臟等內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
該公司大中華區(qū)總經(jīng)理汪祥艮對《經(jīng)濟參考報》記者表示，Stratasys的3D打印業(yè)務(wù)近年迅猛增長，2013年第四季度的非GAAP(非會計準(zhǔn)則)總收益較2012年同比增長達61.6%。而今公司已看到3D打印醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢以及未來的增長趨勢，并已加大投入，進一步發(fā)展該技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用。
當(dāng)前3D生物打印領(lǐng)域的先驅(qū)是美國Organovo公司。該公司商業(yè)運作執(zhí)行副總裁Mike Renard告訴《經(jīng)濟參考報》記者，他們用3D打印技術(shù)培養(yǎng)的人體肝臟組織，已經(jīng)被用于毒理預(yù)測學(xué)和疾病建模，第一個正式商用發(fā)布計劃在2014年底進行，屆時將通過提供首個他們培養(yǎng)的人類肝臟組織樣本，來擴大該技術(shù)的推廣。“我們相信，(3D打印)組織工程學(xué)(應(yīng)用)具有重塑全球藥物和醫(yī)療領(lǐng)域的潛力。”Mike Renard說表示，目前3D生物打印能為測試新藥的測試者提供更好樣本、更好地理解疾病發(fā)展來幫助藥物確定新目標(biāo)，在培養(yǎng)組織時將病人自己患病細胞更好地進行融合從而作為開發(fā)個性化治療方法的基礎(chǔ)。
戴尅戎很看好該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。“3D打印非常有發(fā)展前景，對于醫(yī)療產(chǎn)品的創(chuàng)新改革以及推廣應(yīng)用都有重大推動，是一種非常有生命力的新技術(shù)！”
亟需政策支持
戴尅戎介紹，在醫(yī)療行業(yè)，目前3D打印在我國體外醫(yī)療器械制造和個性化永久植入物方面都有一些應(yīng)用，供產(chǎn)品設(shè)計的醫(yī)療模型和指導(dǎo)手術(shù)的導(dǎo)板裝置也已使用多年。而在3D生物打印方面，我國仍在實驗階段。
“總體而言，我國的3D打印技術(shù)仍處于起步階段。”戴尅戎認為，我國與歐美國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)都在國外，而我國醫(yī)療行業(yè)使用的3D打印機和金屬打印材料多數(shù)依賴進口，國內(nèi)的技術(shù)還欠成熟。“中國是鈦生產(chǎn)大國，但是目前專門生產(chǎn)適用于3D打印鈦粉的企業(yè)極少，并且產(chǎn)品質(zhì)量與國外差距較大，企業(yè)生產(chǎn)的積極性也不高。”
而在產(chǎn)品價格方面，國外3D打印機設(shè)備和材料的價格也居高不下。據(jù)悉，用于制造器官模型的3D打印機售價在120萬元至300萬美元，打印金屬制品的設(shè)備價格則在350萬到1500萬元人民幣左右，很多醫(yī)院和機構(gòu)難以承擔(dān)，這也成為醫(yī)療行業(yè)3D打印發(fā)展的巨大障礙。
要促進3D打印在醫(yī)療行業(yè)的廣泛應(yīng)用，戴尅戎認為，一要鼓勵發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印機和專用配套材料，二是加強計算機輔助設(shè)計人才的培養(yǎng)，三是政策上的支持，比如鼓勵使用并推廣這項新技術(shù)，同時嚴控質(zhì)量，包括完善醫(yī)療器械監(jiān)督管理條例，加強行業(yè)管理和規(guī)范，鼓勵創(chuàng)新和臨床轉(zhuǎn)化。他表示，現(xiàn)有的醫(yī)療器械管理條例于2000年開始執(zhí)行，當(dāng)時并無涉及3D打印的規(guī)定，這勢必會影響3D打印技術(shù)更好的為病人服務(wù)，值得引起更大的關(guān)注。
汪祥艮認為，目前3D打印在醫(yī)學(xué)行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)就在于傳播和教育，新技術(shù)的應(yīng)用需要從傳統(tǒng)技術(shù)慢慢過渡并逐步適應(yīng)，與傳統(tǒng)技術(shù)相輔相成，需要人們不斷看到該技術(shù)的優(yōu)勢。因此，希望繼續(xù)加大對醫(yī)療行業(yè)和公眾的宣傳及培訓(xùn)教育。
而Mike Renard則表示，中國要更好地在醫(yī)療行業(yè)采用3D打印技術(shù)并支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增長，需要做到三點：首先，確保對于該項技術(shù)的控制和知識產(chǎn)權(quán)保護；其次，促進國家食品藥品監(jiān)督管理局與歐美主要國家政府監(jiān)管機構(gòu)之間的合作；最后，建立清晰的回報預(yù)期，使技術(shù)擁有者在將具有經(jīng)濟可持續(xù)性和能為社會和醫(yī)保系統(tǒng)產(chǎn)生價值的技術(shù)引進到中國后，能夠基于準(zhǔn)確的信息來作出決定。
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