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3D打印助力個(gè)性化醫(yī)療

時(shí)間:2016-01-18 16:21 來(lái)源:中證報(bào) 作者:中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀:172次

藍(lán)光發(fā)展(13.06 -5.64%,咨詢)近日的一則公告重新引起市場(chǎng)對(duì)醫(yī)療3D打印產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。該公司宣布,開發(fā)出一款3D打印機(jī)可打印出人造血管。

醫(yī)療3D打印市場(chǎng)是3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng),也是最具應(yīng)用前景的領(lǐng)域。醫(yī)療的個(gè)性化需求和高附加值特征,使得該領(lǐng)域成為最適合使用3D打印技術(shù)的領(lǐng)域。業(yè)界的一致共識(shí)是,3D打印成本較高,唯有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)Τ杀静荒敲疵舾校�,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的個(gè)性化需求非常高,3D打印可以大規(guī)模推廣的第一個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域就是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

醫(yī)療3D打印是產(chǎn)業(yè)主戰(zhàn)場(chǎng)

3D打印也叫增材制造技術(shù),是快速成型技術(shù)的一種,是以三維數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng),利用激光、熱熔等方式將金屬、陶瓷、塑料、細(xì)胞等材料進(jìn)行逐層堆積粘合,制造物體的技術(shù)。3D打印產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游建模工具、軟件、材料,中游打印設(shè)備,下游應(yīng)用與服務(wù)。醫(yī)療3D打印在此基礎(chǔ)上增加了醫(yī)療和生物的屬性。

目前,3D打印界一致共識(shí)認(rèn)為,醫(yī)療3D打印是產(chǎn)業(yè)的主攻方向。

什么是醫(yī)療3D打印?就是使用3D打印的方法成型生物材料,特別是細(xì)胞材料,用來(lái)制造人工的組織、器官,還有各種假肢,手術(shù)導(dǎo)板等一系列生物醫(yī)療領(lǐng)域的產(chǎn)品。它是3D打印研究中最前沿的領(lǐng)域。現(xiàn)階段,醫(yī)療3D打印的應(yīng)用主要包括:血管打印、細(xì)胞打印、組織工程支架和植入物打印、假體打印和手術(shù)器械打印。

為什么要發(fā)展醫(yī)療3D打印?杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩認(rèn)為有三大方面的原因。

首先是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的規(guī)模特別巨大。美國(guó)衛(wèi)生部2009年做的一個(gè)調(diào)查顯示,美國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生方面的開支每年高達(dá)2.5萬(wàn)億美元,約占美國(guó)GDP的17.6%,占國(guó)民總收入的40%。美國(guó)衛(wèi)生部進(jìn)一步預(yù)測(cè),到2018年,美國(guó)在醫(yī)療方面的支出將達(dá)到GDP的20.3%。這是個(gè)非常巨大的市場(chǎng)�!半S著人類物質(zhì)財(cái)富越來(lái)越富裕,生活水平越來(lái)越高,人類愿意花在生命上的錢會(huì)越來(lái)越多。在美國(guó),我們可以明確看到的這個(gè)趨勢(shì)。”徐銘恩說(shuō)。

其次,3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。生物3D打印技術(shù)的快速性、準(zhǔn)確性,及擅長(zhǎng)制作復(fù)雜實(shí)體的特性,使它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景�!拔覀兛匆幌伦约旱纳眢w構(gòu)造,每個(gè)人的身體構(gòu)造都不一樣,病理情況又存在特殊性和差異化。在臨床上經(jīng)�?梢钥吹�,哪怕同一部位肢體的殘疾,它的殘疾的長(zhǎng)度、位置都不一樣�!毙煦懚鹘忉屨f(shuō),3D打印具備個(gè)性化的制造能力,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域會(huì)很受歡迎。3D打印與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像采集,如CT、ECT等技術(shù)結(jié)合,再加上與3D建模技術(shù)結(jié)合之后,在人工假體、人工組織器官的制造方面將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)效應(yīng)。

再者,醫(yī)療3D打印是3D打印領(lǐng)域最重要的試驗(yàn)場(chǎng),關(guān)乎產(chǎn)業(yè)存亡興廢。相比于當(dāng)前的傳統(tǒng)制造技術(shù),目前3D打印雖然有個(gè)性化的優(yōu)勢(shì),但在生產(chǎn)成本上并無(wú)優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步講,我們平日接觸到的各種產(chǎn)品中,是否有那么多個(gè)性化需求?比如說(shuō)水杯,在實(shí)際使用中并不需要太多個(gè)性化的元素。因此,3D打印在大多數(shù)制造領(lǐng)域中沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是,這世界上還存在兩個(gè)不計(jì)成本、不考慮性價(jià)比的領(lǐng)域,一個(gè)是醫(yī)學(xué),另一個(gè)是軍事。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的個(gè)性化需求非常高,也是不考慮性價(jià)比的領(lǐng)域。在3D打印界有一個(gè)共識(shí),3D打印可以大規(guī)模推廣的第一個(gè)大的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域就是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

細(xì)胞打印最具想象空間

在醫(yī)療3D打印中,最神秘、最尖端、最炫酷的細(xì)分領(lǐng)域,是細(xì)胞3D打印。這是在組織器官三維模型指導(dǎo)下,由3D打印機(jī)接受控制指令、定位裝配、細(xì)胞材料制造器官的新技術(shù)。

這一技術(shù)的形成,首先有一個(gè)基礎(chǔ)性的原理。2000年前后,科學(xué)家將人類動(dòng)脈血管切成一節(jié)節(jié)的環(huán)狀結(jié)構(gòu),然后把這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)套在一根線上,72小時(shí)后發(fā)現(xiàn),這些血管切片又融合到了一起,形成一根新血管。這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們,在體外,如果可以把不同的細(xì)胞在空間上按照人類的組織器官的細(xì)胞排布要求放在一起,這些細(xì)胞就會(huì)很快發(fā)生遷移、擴(kuò)散、自組織,重新組成一個(gè)器官,也就是說(shuō)它能制造出一個(gè)全新的器官。

清華大學(xué)、麻省理工學(xué)院等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在細(xì)胞3D打印領(lǐng)域已有探索,它的技術(shù)原理就是將細(xì)胞一層一層打印在特殊熱敏材料上,打完之后將材料疊加就能得到需要的結(jié)構(gòu)。徐銘恩介紹稱,第一臺(tái)細(xì)胞3D打印機(jī)是用一臺(tái)正常的打印機(jī)改裝的,也是最早進(jìn)入商業(yè)化的細(xì)胞3D打印機(jī)。但由于一些技術(shù)沒有儲(chǔ)備好,這臺(tái)機(jī)器的商業(yè)化效果不好。

目前商業(yè)化做得最好的是3D Bioplotter技術(shù),它是將細(xì)胞和瓊脂基復(fù)合材料共混,擠出成型在具有交聯(lián)劑的底板上層層疊加。美國(guó)Drexel大學(xué)的孫偉教授,研發(fā)出能夠連續(xù)擠出成型的三噴頭的3D打印機(jī),這個(gè)技術(shù)可以進(jìn)行藥物毒性的肝單元結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。

細(xì)胞3D打印應(yīng)用領(lǐng)域有哪些呢?第一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是實(shí)驗(yàn)室。它可以為再生醫(yī)學(xué)、組織工程、干細(xì)胞、癌癥等與生命科學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域提供一個(gè)非常好的研究工具,甚至可以認(rèn)為它也能像傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)中的PCR技術(shù)和膜片鉗技術(shù)一樣極大地推動(dòng)生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。后兩個(gè)技術(shù)不但形成了兩個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè),而且還分別獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

第二個(gè)可以做的就是構(gòu)建和修復(fù)組織器官,提供新的臨床醫(yī)學(xué)技術(shù)。這也是一個(gè)非常巨大的市場(chǎng)。隨著人逐漸的衰老,肝臟、腎臟、心臟、肺都會(huì)發(fā)生老化,這就像汽車一樣,當(dāng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)壞掉了,輪胎壞掉了,有配件可以買,或者說(shuō)可以從其他車上拆一個(gè)配件下來(lái)。那么人體器官如果壞掉了怎么辦?當(dāng)然,腎臟可以進(jìn)行移植,但是移植過(guò)程中會(huì)發(fā)生排斥反應(yīng),更關(guān)鍵的是沒有那么多移植的供體。國(guó)家每年有3-5萬(wàn)需要進(jìn)行腎臟移植的患者,現(xiàn)有的供體完全不夠,而且用上去要終身服抗免疫排斥藥。最佳的方法就是用這個(gè)病人自己的細(xì)胞來(lái)生產(chǎn)它所缺損的器官。比如說(shuō),用細(xì)胞3D打印技術(shù),打印出了人工的肝臟單元。除了肝臟以外,3D打印技術(shù)還能制造人工脂肪。比如隆胸,當(dāng)前隆胸多半使用硅膠填充,最終會(huì)帶來(lái)副作用。最佳的方法是用自己的脂肪細(xì)胞來(lái)做修補(bǔ)。

第三,細(xì)胞3D打印技術(shù)還可以做藥物研發(fā)領(lǐng)域的藥物篩選模型。2014年,美國(guó)制藥工業(yè)協(xié)會(huì)新藥研發(fā)投入大概是700億美元,其中僅輝瑞一家就投資100億美元。這么巨大的投資,每年可以產(chǎn)生幾個(gè)新藥呢?大概目前全球每年只會(huì)產(chǎn)生2-3個(gè)真正原創(chuàng)性的新藥。這可能是目前研發(fā)投資最大,產(chǎn)出最低的領(lǐng)域。為什么成功率這么低?舉個(gè)例子,假如我手里有一萬(wàn)個(gè)化合物,要從一萬(wàn)個(gè)化合物中篩選出可以治療糖尿病的藥物,最簡(jiǎn)單的方式是找一萬(wàn)個(gè)糖尿病的患者過(guò)來(lái)做實(shí)驗(yàn)�?墒�,你能低成本地很快找到一萬(wàn)個(gè)糖尿病患者嗎?而且,有些化合物是有毒的,吃下去死了怎么辦?科學(xué)家用動(dòng)物來(lái)做,但也非常辛苦,而且老鼠的基因和人不一樣,對(duì)老鼠來(lái)說(shuō)有用的藥物,對(duì)人可能完全沒有效果。在上個(gè)世紀(jì)八十年代,科學(xué)家提出了高通量篩選的方法,即用細(xì)胞或者單個(gè)的蛋白質(zhì)來(lái)做模型。然而三十年過(guò)去了,藥物開發(fā)速度并沒有加快。因?yàn)槿梭w是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),單個(gè)因子的升高或者降低,在人體整體環(huán)境中發(fā)生的情況有可能是截然相反的。因此,如果可以用3D打印做出人工的組織器官,可以做人工組織器官進(jìn)行篩選,就可以大大提升藥物篩選的進(jìn)程。

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