戴尅戎院士：3D打印在醫療上的應用沒有蹩腳與高級之分
時間：2015-12-17 21:07 來源：3D打印世界 作者：中國3D打印網 閱讀：次
3D打印醫學應用有很多的優勢，醫學上有很多個P，比如說personalized個體化，、precision精準化、popularized普及化等，3D打印都能滿足，并且節約了很多時間和成本。
3D打印能推動醫學的發展，它可以做一些術前的規劃，幫助手術做得更加的精準，使得植入到身體里面去的所謂植入物能夠擺在一個恰當的地方，而且正好跟骨骼、肌肉或者是其他部位能密切貼合，同時3D打印的模型，可以幫助醫生與醫患進行溝通，當然它也是一個非常好的教學的工具，可以3D打印打印心臟、骨頭、肌肉，各種內臟，進行手術演習、手術示范，3D打印實際上在各個方面的應用都是非常廣的。
3D打印的醫學產品可以大概分成四類，或者說是四個層次，這四個層次不分等級，第一個層次不蹩腳，第四個層次也不能說高級：第一，做模型做模具；第二，做內置的東西，比如做個人工關節；第三，打印人體組織，比如打印肌肉；第四，打印內臟。
為什么要分成這四個層次呢？
首先，第一個層次是體外的模型、輔具，不用放置在身體里面，對它生物相容性要求也不高，當然也不能過敏，這方面95年之后就應用廣了。第二個層次是做內置物，它最重要的一點就是要有生物相容性，沒有好的生物相容性的東西，絕對不能做內置物。內置物需要長期的存在在身體里面，比如打印一個關節，希望它二十年、三十年不壞，這就不存在降解的問題。第三個層次就是要降解了，打印個支架，這個支架變成了人體的骨頭軟骨之后，需要慢慢降解掉，讓位給活性組織，所以第三個層次既要有生物相容性，又要有可以降解的功能。最后一條，打印的不單單是打印支架，同時要把細胞和調整細胞的分化的一些蛋白因子，或者是叫生長因子全部打印進去。就像做蔥油餅，鋪一層面粉鋪一層蔥鋪一層芝麻，最后變成蔥油餅。3D打印把材料、細胞、生長因子一層一層撒上去，就可以變成肝臟了、心臟、血管了。
3D打印讓手工制造者不高興了
第一個層次在身體外面使用。例如，手上有點扭傷或者是輕度的骨折，不需要重度治療，只需要一個支具做相應的固定，現在僅能供應大中小三種型號，或者四五種型號。但面對的是幾十萬人的需求，怎么可能三種型號就解決呢？而現在用3D打印專門為這個病人生產，而且是鏤空的，不會因為出汗潮濕而引起皮膚炎癥，還可以帶有超聲波，促進骨折的愈合。再例如，一個沒有假肢的病人自己設計出了號稱是全世界最輕的，用料最少、最漂亮、最省錢的假肢，他很自豪自己的設計，那怎么制造出來呢？用3D打印。以后可以用3D打印做眼鏡框、隱形眼鏡、假眼球等很多的東西�？谇豢评锩娴男迯腕w、活動修復體、種植板等都可以3D打印。還可以做動手術時用的模板，指導醫生的手術。
大家都很高興，現在只有一類人不高興，手工制造該不高興，他們要失業了，除了少數人留下來看機器，其他人都沒事干，這個是個顛覆性的革命。
醫生離不開3D打印機
我有一個病患，骨盆里長了一顆很大的腫瘤，醫生可以在計算機上做很多的設計模擬切除，但是拿不到手上，可以用3D打印模型，然后根據這個模型，又可以打印一個金屬的假體，這個金屬的植入物里面是實心的，外面是有孔的，這些孔可以讓血管讓纖維長入里面。在手術過程當中，怎么使切口形狀跟做的植入物吻合呢？這時候就需要有一個導板，可以用3D打印做，然后把腫瘤切下來了，把植入物裝上去。手術完成后病人兩個禮拜就下地了。3個月他能100%下蹲，得到了良好的功能的恢復。回顧整個手術過程中，我們用3D打印做了一個模型，做了一個導板，再用3D打印做了一個假體植入他體內。也就是說這個病人的治療全過程都用到了3D打印技術。
在經歷過幾次這樣的病人之后，我們就感覺離不開3D打印機了，3D打印方便而且速度又快。
老鼠作為3D打印活的生命反應器
組織工程有三個要素，支架、細胞和生長因。3D打印在里面首要解決的就是打支架。舉例，骨關節的表面是軟骨，軟骨的下面是硬骨，稱為軟骨下骨，軟骨和硬骨之間的界面是緊緊的咬合在一起的，如果用3D打印怎么做模仿呢？就要要靠細胞自己生長了。軟骨和硬骨的組織結構、力學性能完全不同。現在可以用兩種不同的材料，一個材料是專門長軟骨的，一個材料是專門長硬骨的，放上細胞，然后計算機輔助下它們慢慢成型，然后再把軟骨跟骨頭扣在一起，讓它互相交織生長。生長的時間大概需要12周，在12周里要不停的更換營養液，細胞不能受到污染，一旦被就全部失敗。而且在操作的時候，溫度不能有過大的改變，如果有個兩三度以上的改變，所有的細胞就會死掉，非常困難的，怎么辦呢？動了一個腦筋，只需在體外培養兩三周，然后放置在老鼠的身上， 12個禮拜之后再拿出來就成功了。老鼠就是一個活體的有生命的反應器，這個反應器能夠幫助我們培養出一個關節來，在這個關節里面的軟骨，完全跟真的軟骨是一樣的。在這里面還可以看到一些殘余的用3D打印的材料，大部分材料都可以降解了。
一種激活以后就能變身的萬能細胞
生物打印這個概念在2000年的時候就被提出來了，03年開始有人實現活性細胞的打印，04年有人申請了第一個細胞打印的專利，07可以用干細胞來打印。干細胞可以變成軟骨，變成皮膚，變成角膜。到07年的時候就可以把基因也打進去了。現在我可以打印了一些肌肉、血管、心肌組織，心肌組織還能夠跳動。
細胞是非常脆弱的，它的存活、發育、產生各種變異的可能性都是未知數，這是個難關。打印的時候有多種噴頭，五種細胞五個噴頭不能打錯，高精度、多噴頭嚴格的按照計算機輔助設計打印出來。所以在打印的時候先要進行設計，將含有細胞的生物墨水在生物紙上打印，最后讓它在生物反應器里面慢慢繁殖、生長，最后長出一個組織來，這個就是一個打印的過程。
生物模型里面是細胞微球，一個微球里面有很多的細胞。這些微球可以兩個兩個拼在一起，可以五個五個拼在一起，也可以展開。這個是一個非常有意思的過程，兩個細胞碰在一起后77分鐘就已經連在一起了，到333分鐘的時候變成一個很鈍的啞鈴形。最后很多細胞堆起來，變成可能是血管，可能是神經。
有人能打出一塊肝組織，這塊肝組織在藥物試驗上大有用武之地。目前，很多的藥需經過大量的動物試驗，再經過臨床觀察。如果要觀察一萬個病人的肝臟，要一萬個病人寫知情同意書，要給補貼，費用就需要幾個億。如果培養一塊肝組織就可以代替人類，可這個價格要比做臨床便宜多了。依此類推，可以打印腦組織等，這樣每一個藥物研究都可以節省上億美元的試驗經費。
最重要的還是，現在每年有大量的人在等待肝移植、腎移植、角膜移植，真正拿到到肝腎的僅為1%，99%的病患都在等著，需求量越來越高，供應量一直是低的，差距越來越大。而3D打印給了我們一線光明，能不能解決？目前，有人已經捧出了一個腎臟，實際上這個腎臟樣子像，但是它還不能用。
3D打印一開始的時候首先難在打印機，這個打印機很難設計，而且很貴。但是就像做基因測序一樣，最早的時候，用十幾年測了一個人，現在測一個人只需要兩個小時。本來用了13億美元測一個人，現在測一個人只要兩千美元，估計兩年之后只要兩百美元，有朝一日，估計測一個人只要二十美元測一個人的全基因。所以有朝一日3D打印得到突破。現在可能需要打印各種各樣的細胞，但有人發現一種細胞，它是靜止狀態的，只要一激活，就可以變成肝細胞、腎細胞。這樣3D打印機就不需要五個噴頭，只要一個噴頭，外加生長因子就行了。
像目前的藥片，病人可能每天需要吃各種各樣的藥。如果用3D打印來制造，第一層先溶解的是什么藥，第二層是什么，第三層是什么，所有要吃的藥，一個藥片就包含，這就是一個很好的應用。
說到底，3D打印對于我們再生醫學的發展有非常深遠的意義。它可能在未來幾年未來幾十年，完全改變再生醫學的現狀。
記者對話戴尅戎：
您談到3D打印在醫療上有四個層面得應用，那么您目前所做的工作集中在哪一塊呢？
3D打印技術的出現給我們醫療器械和醫療植入物的發展帶來了一個很光明的前景，3它的的確確在為減輕許多病人的痛苦合挽救病人的生命方面能夠起到過去其他的醫療器械和材料所不能獲得的一個良好的醫療效果。我們現在所做的更多的工作更多的是剛才講的第二個部分，給病人做一個個性化的精準的假體，像關節、骨頭，移植到病人身上以彌補他本來損壞的部件，這個最早在上個世紀就已經在臨床方面實現了，但直接用3D打印出來的金屬假體在最近兩年才出來。
最近幾年，在您與3D打印相接觸的過程中最明顯的感觸是什么？
最近這幾年，我能明顯感覺到關心這個事情的人多了，想要投入、實踐和研究的人多了。政府也開始關心3D打印，主要體現在兩個方面：首先，投入資金給予支持，其次，食品藥品管理局開始來醫院和企業調研，研究怎么讓3D打印走向正軌，怎么在有統治、有質量保證的基礎上讓3D打印去為人民服務。
我們需要各個領域的人齊頭并進一起來把3D打印更好地應用于醫療，今后3D打印肯定還會出現一些知識產權、仿用盜用、違規不合法的等問題，一連串所謂法律法規需要重視的事情，這些問題也應該得到相應的解決。
醫療3D打印明年會出現什么樣的趨勢？
2016年，醫療3D打印可能會出臺一些最基本的規則，這要由國家或者地方的食品藥品監督機構來發布，要出臺一些常規規范供醫院和3打印企業去遵循，這個是肯定的。另外非常期待的是我們國產的3D打印機和國產的材料更多的在市場上銷售，并且能夠逐步取代一些進口產品，這樣我國醫療3D打印才有可能更健康地發展。
(責任編輯：admin)
王華明：潛心增材科研，也
金屬3D打印專家楊永強：為
Materialise副總裁：3D打
LPW首席執行官Phil Carrol
【大國之材】許小曙：開源
《3D打印世界》專訪創想三最新內容
3D打印巨頭EOS首
3DSystems鄧瀚誠
未來汽車開發者計
弘瑞掌舵人：3D打
對制造發生深遠影熱點內容
