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3D打印:个性化定制 瞄准精准医疗

2016年01月27日 11:31中国机床商务网点击:3488

  【中国机床商务网 机床上下游】3D技术打印一颗牙只需10分钟,而传统的种牙技术至少需要3天;3D打印助听器可以把传统的9个工序缩短到3个步骤;3D打印骨骼,植入人体后可以与患者自身的骨骼“融为一体”……因为具备个性化、小批量和高精度等优势,迎合精准医疗的理念,3D打印技术正在成为一种潮流。
  
  3D打印药物(图片来自百度图片)
  
  ■多个领域全面开花
  
  去年9月,由北京大学第三医院张克教授团队研发的3D打印人工髋关节获得国家食品药品监督管理总局批准,成为我国首个获准产业化的3D打印人体植入物。与传统锻造工艺需要制造模具、设计加工工艺,按照固定规格批量化生产不同,3D打印技术只需要在电脑中设计好样子,运用粉末状金属等材料,通过逐层打印的方式,就可以快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型。
  
  据北京大学前沿交叉学科研究院生物医用材料与组织工程中心主任奚廷斐介绍,目前生物3D打印主要集中在4个方面:体外医疗器械,如医疗模型、假肢、齿科手术模板等;个性化植入物,如颅骨修复、颈椎人工椎体及人工关节等;常规植入物,如关节柄的表面修饰、种植牙、补片等;还有将打印材料中融入细胞的3D打印人体器官等。
  
  记者了解到,目前我国在上述多个领域均有不同探索。例如,第四军医大学唐都医院胸腔外科与超声诊断科医学3D打印研究小组专家于去年7月实施了世界首例3D打印钛合金胸骨置换术。去年11月,北京清华长庚医院董家鸿教授团队手术演示了国际首例3D打印个体化模型导航下的肝门部胆管癌精准切除术。北京大学第三医院骨科主任刘忠军带领的团队,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。
  
  中国3D打印技术产业联盟副理事长徐铭恩告诉记者,3D打印不仅可以“量体裁衣”式的提供各类骨骼、器官和组织,还可以做到药物精准和个性化的筛选。目前,徐铭恩研究团队已经将脂肪干细胞、内皮和胰岛细胞在3D空间内精确组合,形成模拟体内代谢调控结构的模型,无论是胰岛素分泌、葡萄糖代谢、脂肪代谢,还是受阻因子的分泌,相关结果更接近人体,对药物的敏感性和毒性的反应更准确。
  
  此外,业界对3D打印最大的期待是个性化定制器官。当前,除了义肢、假牙、骨骼支架等没有生命特征的产品,科学家已经开始着手研究具有活性的人体细胞组织和器官。
  
 
  3D打印器官(图片来自百度图片)
  
  ■如何从具备功能到实现量产
  
  我国在生物3D打印方面已有诸多成功尝试,但几乎所有专家都表示,3D生物打印要能使细胞准确定位和培养之后,到具备一定的生理功能,再到投入“量产”,其实还有很长的路要走。
  
  “首先,目前我们无法建立非常详细、准确的器官模型,供研究人员打印3D器官前做参考。”奚廷斐表示,一些复杂的器官,比如心脏、肝脏等,其动脉、静脉、毛细血管、神经等分布密集,需要有高效的影像设备确定全部解剖学信息。而依靠当前的技术,很难打印所有的生物学结构。(下转第2版)(上接第1版)
  
  其次,目前科学家也未寻找到可以用来构成人体组织的“材料”,能够让其在体外生长并在体内与原有组织黏合。虽然,3D打印能够为再生医学、组织工程、干细胞和癌症等研究领域提供新的研究工具,但从根本上看,3D打印依然要解决生命个体最原始的问题,即如何确保细胞存活、如何诱导干细胞再生等。此外,当前我国所实施的严苛的审批标准和繁琐的审批流程,被认为阻碍了我国3D技术的快速发展。
  
  奚廷斐说,当前骨肿瘤、车祸等造成的骨骼缺损、颌面损伤、颅骨修补等,都无法用一般修复产品进行治疗,而3D打印产品提供了有效的解决方案。为此,美国FDA设有紧急审批通道,对上述医疗器械进行特殊审批,审批周期控制在2个月以内,而我国却没有类似的绿色通道。有些医院根据实际情况,本着紧急救护和人道主义原则,进行了3D打印技术治疗,但始终难以形成“量产”。
  
  北京大学第三医院骨科蔡宏教授介绍,此前北医三院审批通过的人工髋关节,临床试验患者例数是32例,仅临床试验一项花费就高达700万元~800万元。而按照当前政策规定,种植牙需要一年以上的临床试验,患者例数超过200例。除此之外,即便产品真正实现产业化,还面临定价、招标等一系列政策约束,“而这些结果都是研究者无法左右的”。
  
  一位药监部门负责人告诉记者,近年来,药监部门一直关注3D打印技术发展。但由于3D打印医疗器械综合了从临床诊断到材料加工,再到手术治疗的整个过程,涉及精确的影像检测、医生对于个性化器械需求的测量、工程师对于3D产品制作的准确性等,如何安全有效地跟踪并监管全过程,其实需要相关部门进行调整适应。
  
  ■国产化仍需要整体推进
  
  虽然我国学者在3D打印方面提出了很多好的想法和设计理念,但相关产品仍然来自国外。很多专家直言,要在装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等关键核心技术上实现国产化,才是3D打印在国内“生根发芽”所面临的真正挑战。
  
  蔡宏说,以北医三院人工髋关节为例,这次通过产品化审批的髋臼只是整个人工髋关节置换套装中的一个,完成完整置换的套装还包含股骨柄、陶瓷头和高胶连聚乙烯内衬。同时,3D打印设备、原材料粉末、高交联超高分子量聚乙烯内衬、陶瓷头无一例外都来自进口。“国产制造业在质量上与国外确实存在差距。例如,制作陶瓷头所用的粉陶,市场上99%的原料来自于德国一家公司。高交联超高分子量聚乙烯内衬其实也被国外厂商垄断。”
  
  也有专家表示,当前我国3D打印应将政府引导和市场拉动相结合,形成产品设计、材料、关键器件、应用等在内的完整产业链条。同时,要倡导产学研跨界融合,弥补当前临床专家3D建模能力普遍不足,3D打印企业对医疗需求理解不深入,传统医疗服务企业对3D打印技术能力积累不够等不足。
  
  徐铭恩也表示,创新需要人才,科研创新人才需要更纯粹的环境和更多元的奖励方式。同时,在临床转化与审批方面,相关机构需要扮演一个更合理有效的监督角色。最后,创新行业需要一个更加公平合理的市场机制,从而确保其健康发展。
  
  奚廷斐则表示,在我国推进3D打印技术切忌盲目跟风,应该以问题和需求为导向,制定相关战略规划。“我们不能‘广撒网’,让每个研究组都做同样的研究,得到很浅显的成果,而应该真正深入进去,真正实现中国在3D技术上的国际首创和原创。”目前,中国食品药品检定研究院已经向国家食品药品监督管理总局提交报告,建议成立3D打印标准化委员会,对3D打印产品标准进行深入研究。
(来源:健康报)

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