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[導(dǎo)讀] 有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國每年150萬器官衰竭患者中,僅有一萬余人能得到器官移植,更多的人只能在等待配體的過程中病情惡化甚至離世。如果3D打印能夠解決這項難題,無疑將成為最受市場關(guān)注的焦點(diǎn)。然而,生物信

有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國每年150萬器官衰竭患者中,僅有一萬余人能得到器官移植,更多的人只能在等待配體的過程中病情惡化甚至離世。如果3D打印能夠解決這項難題,無疑將成為最受市場關(guān)注的焦點(diǎn)。然而,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,解決這一系列難題,尚需時日。

  隨著近年來全球不斷掀起的“3D打印熱”,先行者們的好奇心已不滿足于打印一些玩具擺件、塑料杯子等常規(guī)物品,他們將目光投向了想象空間更為廣闊的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

  盡管3D打印在生物醫(yī)學(xué)市場前景廣闊,但生物數(shù)據(jù)處理、合適的生物材料、打印設(shè)備研發(fā)以及打印后的活體組織存活等四大技術(shù)性問題,是當(dāng)前科研工作者面臨的“最難啃的骨頭”。

  北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院教授陳繼民向《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示,3D打印在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用是一個由遠(yuǎn)到近的過程,“樂觀估計還需5~10年才能獲得突破?!?/p>

  開啟“私人訂制”健康時代

  中國工程院院士戴尅戎介紹了這樣一個案例: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3D下肢骨骼的3D模型,最終幫助女孩雙腳直立。

  從這項案例能一探3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的端倪,那么3D生物醫(yī)學(xué)打印的全貌是什么?

  杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩對此解釋到,3D生物打印是以三維設(shè)計模型為基礎(chǔ),通過軟件分離分層離散和數(shù)控成型的方法,用3D打印的方法成型生物材料,特別是細(xì)胞等材料。此項技術(shù)可用來制造人工的組織,人工的器官、各種假肢、手術(shù)導(dǎo)板等一系列材料。

  簡言之,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)模型反應(yīng)的實(shí)際情況量身定做手術(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)。

  戴尅戎告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者,“由于一般常規(guī)的假體都是標(biāo)準(zhǔn)型號,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?!?/p>

  在個性化消費(fèi)的浪潮中,個體化健康方案無疑是一個大趨勢。美國毒理研究院院士、藍(lán)光3D生物打印研究院院長康裕建認(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”的時代。

  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,抑或在將來大面積填補(bǔ)器官移植的缺口。

  陳繼民表示,3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,是一個由遠(yuǎn)到近的過程,“離人體越遠(yuǎn)的,如義肢、骨骼關(guān)節(jié),已經(jīng)比較普及了。反之,離人體越近的應(yīng)用,如組織修復(fù)和體內(nèi)器官移植,樂觀估計還需5~10年才能獲得突破。”

  尚存多項難題待解

  3D生物醫(yī)學(xué)打印,吸引的不只是科學(xué)家及狂熱者,更博得了各路資本的青睞。據(jù)了解,國內(nèi)一些公司如先臨三維、藍(lán)光發(fā)展和光韻達(dá)等,均先后開始涉足3D生物醫(yī)學(xué)打印這一藍(lán)海。市場研究機(jī)構(gòu)LuxResearch預(yù)測,3D打印技術(shù)在醫(yī)療市場將于2025年達(dá)到19億美元的規(guī)模。

  不過,業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,3D生物領(lǐng)域真正發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)化還為時尚早。

  康裕建認(rèn)為,生物信息處理、生物墨汁研發(fā)、高精度打印機(jī)以及打印后處理是目前3D生物打印面臨的最大瓶頸。

  在康裕建看來,在打印一個生物假體之前,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,在沒有完全獲得此類臟器的信息打印出來的仿生品,發(fā)揮不出功效。

  同時,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。

  除了上述提到的技術(shù)性難題,3D生物打印還面臨政策空擋和倫理問題。

  加大投入基礎(chǔ)研究

  雖然3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,的確能把許多不可能變成可能,但令人遺憾的是,國內(nèi)外尚無有效手段破解前述提及的若干瓶頸。且人體組織的復(fù)雜性也讓3D生物醫(yī)學(xué)打印在短期內(nèi)還無法進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。

  陳繼民表示,現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)水平尚不能完全將人體器官分析透徹,“科研工作者應(yīng)投入更多精力到基礎(chǔ)研究,掌握豐富的生物信息后,才能使3D打印更進(jìn)一步發(fā)展。”

  康裕建則建議,從事3D生物打印的公司應(yīng)建立相關(guān)的IT部門,專注于對生物信息、數(shù)據(jù)的采集、分析和轉(zhuǎn)化。

  據(jù)了解,目前3D生物醫(yī)學(xué)打印的工作原理為分層堆疊,液態(tài)材料、粉末材料、金屬材料通過噴嘴噴出后再層層固化,最后形成三維物體。

  另外,器官打印的過程原則上會對生物細(xì)胞的活性造成一定的損傷,這需要通過一些特殊的設(shè)計和處理,才能保存其較高的活性。并且,控制好細(xì)胞所處的微環(huán)境,需要足夠的細(xì)胞培養(yǎng)液予以供給。陳繼民指出,“要想達(dá)到快速成型又保持活性,以現(xiàn)有的生物材料而言,解決這一難題還需要時間?!?/p>

  對于打印后的活體處理問題,陳繼民認(rèn)為,現(xiàn)在雖然能實(shí)現(xiàn)仿生器官表面的細(xì)胞具有一定活性,但如何進(jìn)入具有一定厚度的器官內(nèi)部,并將營養(yǎng)輸送進(jìn)去,使其從死體變成活體,則是目前科研工作者攻克的方向,“目前研究人員已經(jīng)在嘗試將密密麻麻的毛細(xì)血管打印出來并分布到器官的各個角落。

  值得一提的是,徐銘恩及其團(tuán)隊已成功通過3D生物打印技術(shù)打印出人類肝臟單元、脂肪組織等。打印出的細(xì)胞存活率達(dá)90%,能夠存活四個月。

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