我国3D打印正走向临床

我国3D打印正走向临床
来源：环球医学编写时间：2013年07月02日

    3D打印技术是当下的热词，立体照片、玩具汽车、无人飞机等都能用一台机器打印出来。

    北京大学第三医院骨科主任医师刘忠军带领的团队，经过4年努力，已经在脊柱及关节外科领域研发出几十个3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节已进入临床观察阶段。截至目前，已有45名患者在签署知情同意书后，植入了3D打印出来的骨骼，并接受定期追踪检查。参加人体试验者主要为颈椎病患者和髋关节病患者。

    3D打印的时间、成本如何？

    据专家介绍， 3D打印不怕物体复杂，就怕批量打印。因为不同于摩尔定律中“翻一倍”是以平方级指数增长，3D打印无论是成本、耗时、耗材都是立方级指数增长。比如，要把一个打印的物体(1cm x 1cm x 1cm)扩大一倍的话，那么打印它的时间、耗材将增加8倍，即2cm x 2cm x 2cm=8立方厘米。如果要把这个物体扩大3倍，那么打印它的时间、耗材将暴增27倍！即3cm x 3cm x 3cm=27立方厘米。以此类推。据刘忠军介绍，打印一节“脊椎” 大约需要几个小时。骨骼打印流程主要包括：先将设计图形输入到计算机里面，然后将金属粉末注入机器、高温熔化、成型、凝固、冷却。

    有患者担心，3D打印钛合金骨骼价格肯定不菲。对此，刘忠军表示，目前3D打印骨骼还没有确切价格，因为它是一个全新的工艺，定价会涉及方方面面，如机器成本、产品生产时间、设计、手工等，目前说不出一个精确价格。但是大体上，用3D打印技术生产出来的产品与传统工艺产品相比，成本不会增加，甚至有可能降低，其价格不高于、甚至低于传统产品价格。以人工椎体为例，现在临床使用的人工椎体价格从1万到3万元不等。这意味着，3D打印骨骼的价格大概也就是这个价位。

    有望替代传统技术的两大优势

    据刘忠军介绍，目前将3D打印内植物用于脊柱外科手术，国内外尚未见报道。与传统技术相比，3D打印的骨骼有两大优势。第一个优势是可根据人体骨骼缺损形状随意塑型。例如，骨肿瘤切除后，为了支撑和固定，要用一个内植物来填充。传统方法是，在切除骨骼的部位放入一个钛网，然后从患者身体其他部位取出部分骨头填充进去，再用钢板和钢钉固定住，让它慢慢生长。使用这种方法，植入骨骼与周边骨骼融合的时间会很长，而且容易出现金属塌陷等问题。采用3D打印技术，医生可以直接生产出同一形状、体积的内植物，填充到缺损部位里面，上下用螺钉固定，非常牢固。第二个优势是，该类植入物带有可供骨头长入的孔隙，它们像海绵一样可将周边骨头吸引进来，让真骨与假骨之间能牢固地结成一体，使患者骨骼尽快康复。

    刘忠军表示，3D打印骨骼与其他骨科内植物同为钛金属材质。从2009年开始，该研究团队开始进行动物实验研究，实验结果非常乐观，骨长入情况非常好，在很短时间内就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。进过大量动物试验，就3D打印骨骼的力学角度、骨融合能力等指标进行了验证。2012年年底，经国家药监部门批准，3D打印骨骼进入临床观察阶段，每类产品将设对照组和试验组，每组纳入患者20余位，观察时间为3个月~6个月。如进展顺利，今年年底将获得临床观察的初步研究结果。

    链接：3D打印前沿----生物3D打印

    据专家介绍：生物3D打印是3D打印技术研究最前沿的领域。所谓的生物3D打印，就是用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞等材料的方法，也叫生物制造，这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念，就是以3D打印为基础的生物医学，为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。
生物3D打印具有广阔的发展前景有两个重要原因。第一个是生物医学领域的市场规模特别巨大。第二点是因为生物3D打印技术所具有的快速性、准确性，及擅长制作复杂形状实体的特性使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。因为，每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化，当3D打印与医学影像建模、与仿真技术结合之后，就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

    过去几年全球在生物3D打印领域的研究和应用得到迅速发展。近日《新英格兰医学杂志》报道：美国俄亥俄州的海马•琼弗里多气管有先天性缺陷，出生6个星期后出现呼吸困难的情况，医生在他喉咙里植入一个3D打印的人工气管后，得以正常呼吸。美国维克森林大学的研究人员已经成功地利用3D打印技术打印并移植人体尿道。圣地亚哥一家公司也成功打印出人体组织，可以用于医疗研究和临床治疗。另外两家公司则在利用3D打印技术打印DNA！以此可以打印一个碱基对。

    一些专家指出，从技术来讲打印器官是可以实现的。要想打印器官，首先用生物实验的方法，把细胞一个一个分离出来，然后用打印机的喷头，把细胞一个一个打出来。细胞分离已经有这样的技术了，也有人开发出设备，可以将细胞打出各种形状。“从理论上讲，打印器官是可行的，但是离真正应用还有相当长的差离。


    生物3D打印有几个方面需要解决。细胞打印出来，首先要保证它是活的，因为细胞要在特定的环境里才能存活。再者，打印器官出来，要保证它有功能，比如打印一个肝脏，不是说拿细胞打出肝脏的形状出来就具有肝脏的功能。 因为，这不是3D打印本身的问题，还牵涉到生物学方面的研究。 另外，还有一个伦理问题，克隆人细胞与打印细胞是一个很接近的问题，克隆遇到的一些伦理问题，打印细胞也会面对，这也需要社会去解决。

    相对于其他技术，我国3D打印技术在医学领域的研究，与国外差距不算大，国际上和国内都是近几年才开始。而这项技术发展遇到的最大的困难则是医疗许可和认证，因为毕竟有很多材料是要进入人体，需要对材料进行认证。不过，可以肯定的是，医学将是3D打印技术最适合的领域，它的应用将会非常广泛。