3D打印在皮膚移植、骨科植入、制藥等領(lǐng)域有哪些突破？

可移植器官的短缺在全球范圍內(nèi)都仍然是一個(gè)大問題，即使在醫(yī)療水平較高和民眾器官捐獻(xiàn)意識(shí)較強(qiáng)的發(fā)達(dá)國家，器官移植供需都存在很大的缺口，很多患者在等待中走向死亡。

3D生物打印的橫空出世無疑為這些原本只能在無盡的等待中等來死亡的患者帶來了更大的希望，器官的快速定制和再造不再是科幻電影中天馬行空的想象。早在2013年，美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站的報(bào)道就指出了已經(jīng)可以通過3D打印制造完成的人體器官：耳朵、腎臟、血管、皮膚和骨骼。

除在組織和器官移植方面的應(yīng)用之外，3D打印技術(shù)近年來在藥物緩控釋等領(lǐng)域也有著快速的發(fā)展。本文將簡單盤點(diǎn)近兩年3D打印技術(shù)在醫(yī)療各領(lǐng)域的突破和應(yīng)用案例。

骨科

2017年11月發(fā)表在《生物材料》上的文章顯示，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程所秦嶺教授團(tuán)隊(duì)的賴毓霄、王新巒等人采用先進(jìn)的低溫3D打印技術(shù)，開發(fā)了一種用于修復(fù)骨缺損或骨折的多孔支架材料，將具有促成骨活性的天然植物活性小分子淫羊藿苷均勻復(fù)合入多孔支架中，通過3D打印賦予此支架最理想的促成骨仿生結(jié)構(gòu)(孔徑300-500微米)，實(shí)現(xiàn)了難治愈性骨缺損的骨修復(fù)治療。

2017年11月24日，全球首例個(gè)體化3D打印鉭金屬墊塊修復(fù)巨大骨缺損膝關(guān)節(jié)翻修手術(shù)在陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院關(guān)節(jié)外科完成。接受手術(shù)的是一位由于長期嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致左膝關(guān)節(jié)缺損嚴(yán)重的84歲高齡老人，專家利用三維重建系統(tǒng)建立了患者的骨骼模型，并根據(jù)骨缺損狀態(tài)3D打印重建出了骨骼模型，定制出了修補(bǔ)關(guān)節(jié)嚴(yán)重骨缺損的3D打印金屬鉭墊塊。

2017年，F(xiàn)DA還批準(zhǔn)了幾款骨科植入產(chǎn)品，分別是美國醫(yī)療器械公司SI-BONE生產(chǎn)的首款骶髂關(guān)節(jié)3D打印植入物產(chǎn)品iFuse-3D?、OSSEUS公司生產(chǎn)的用于治療退行性椎間盤疾病的頸椎融合器Gemini-C、美國脊椎器械制造商ChoiceSpine LP 公司生產(chǎn)的3D打印鈦?zhàn)刁w植入物HAWKEYE Ti以及由Nexxt Spine公司生產(chǎn)的NEXXT MATRIXX 3D打印脊柱植入物。

皮膚

2017年11月16日，四川大學(xué)高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任夏和生在中意創(chuàng)新合作周成都站活動(dòng)上介紹他們?cè)诠柘鹉z3D打印上的最新研發(fā)成果。團(tuán)隊(duì)通過分子設(shè)計(jì)，合成了可熱塑加工的自修復(fù)硅橡膠(PDMS)彈性體材料，可進(jìn)行超細(xì)粉體化。在此基礎(chǔ)上，川大與意大利國家研究委員會(huì)聚合物、復(fù)合材料和生物材料研究所合作，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了硅橡膠的選擇性激光燒結(jié)3D打印。在掃描儀上測(cè)量皮膚燒傷損傷面積，用3D打印硅橡膠材料量身定做一張“人工皮膚”，看起來跟真實(shí)皮膚一樣，還能促進(jìn)皮膚組織再生。

2017年12月2日，發(fā)表在《Science Advances》的論文中，現(xiàn)在科學(xué)家利用細(xì)菌創(chuàng)造了名為cellulose的醫(yī)療材料，能夠在平面上繁殖生長。由于這種包含活菌的墨水可以通過3D打印方式打印，因此可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行打印，由于這是一種天然材料，因此人類身體并不會(huì)產(chǎn)生排斥，所以未來在皮膚移植、生物傳感器、移植和保護(hù)器官方面將會(huì)有重大用處。

2017年1月，中國化妝品企業(yè)伽藍(lán)集團(tuán)JALA成功利用3D生物打印生產(chǎn)出亞洲人皮膚，成為一家利用3D生物打印技術(shù)打印出亞洲人皮膚的企業(yè)。伽藍(lán)集團(tuán)憑借3D生物打印技術(shù)，只需要21天，就能打造出一塊具有完整結(jié)構(gòu)和功能的皮膚組織，包含真-表皮連接處、真皮和具有多層結(jié)構(gòu)的表皮。

心血管

2016年12月，藍(lán)光英諾利用3D打印技術(shù)制造的血管，在恒河猴身上取得了突破性的進(jìn)展，該項(xiàng)成果對(duì)于干細(xì)胞技術(shù)和3D生物打印技術(shù)未來臨床應(yīng)用有著重大意義。早在2015年10月，藍(lán)光英諾便已經(jīng)發(fā)布了全球首創(chuàng)的3D生物血管打印機(jī)，齊參與的“國家863計(jì)劃”3D生物打印血管項(xiàng)目也僅用了一年半就提前實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破。截至2017年6月30日，藍(lán)光英諾已提交了專利申請(qǐng)89項(xiàng)(20項(xiàng)已獲授權(quán))，獲得軟件著作權(quán)登記證書7項(xiàng)，商標(biāo)證書103項(xiàng)。

2017年7月，瑞士科研人員借助3D打印技術(shù)，制造出了全球首個(gè)形狀、大小和功能都與真人心臟高度相似的柔性心臟。這種人造心臟使用柔軟硅膠材料，由3D打印和失蠟鑄造技術(shù)制作而成，是一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的硅膠整體，包含一個(gè)右心室和一個(gè)左心室，有一個(gè)額外腔室將兩個(gè)心室隔開。這個(gè)腔室起著類似肌肉的功能，能像泵一樣驅(qū)動(dòng)血液進(jìn)出心臟。但是現(xiàn)在這種人造心臟還處于測(cè)試階段，可為相關(guān)研究提供新方向新思路，尚不能用于移植。

藥物

早在2015年，F(xiàn)DA就批準(zhǔn)了首個(gè)3D打印藥物——SPRITAM(左乙拉西坦，levetiracetam)速溶片，用于和其他抗癲癇藥物聯(lián)合治療成人或兒童患者的癲癇部分性發(fā)作、肌陣攣發(fā)作以及原發(fā)性全身癲癇發(fā)作。應(yīng)用3D打印技術(shù)，能夠突破傳統(tǒng)藥錠在劑量上的限制，使不同有效成分的藥物劑量更加精確。

2017年11月，杭州經(jīng)開區(qū)舉行了“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃暨“面向活體器械的功能材料與高通量集成化生物3D打印技術(shù)開發(fā)”重點(diǎn)專項(xiàng)啟動(dòng)推進(jìn)會(huì)，會(huì)上捷諾飛發(fā)布了我國第一臺(tái)高通量集成化生物3D打印機(jī)“Bio-architectR X”，該打印機(jī)利用“離散制造微層析成像技術(shù)(MCT)”技術(shù)這一關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，不但推進(jìn)了3D打印醫(yī)療器械、人工組織器官的臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)程，也為新藥篩選提供了全新的解決方案，將推動(dòng)中國新藥創(chuàng)制與開發(fā)。