3D打印的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：耳朵脊柱啥都能打

戴尅戎

劉忠軍

●縮短康復(fù)時(shí)間，降低醫(yī)療成本，還可能解決器官移植資源緊缺難題
●專家呼吁，研發(fā)設(shè)備，加快審批，才能讓“中國(guó)制造”的產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)力
受訪專家：
中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院原院長(zhǎng) 戴尅戎
北京大學(xué)第三醫(yī)院主任醫(yī)師、教授、博士生導(dǎo)師 劉忠軍
3D電影讓我們對(duì)影視作品的感受更立體了。如今，3D打印也悄然走進(jìn)人們的生活。小到立體照片、玩具汽車，大到波音飛機(jī)、月球基地，只要條件足夠，都可能用機(jī)器打印出來(lái)。在醫(yī)療領(lǐng)域，研究者在打印身體各器官方面都有了很大突破，有些3D打印產(chǎn)品已經(jīng)可以給患者帶來(lái)便利。可以說(shuō)，未來(lái)打印出具有“生命”的、可替換的人體器官將不再是夢(mèng)想，這項(xiàng)技術(shù)也將讓醫(yī)療市場(chǎng)更加廣闊。
起步不晚，但主要跟著別人做
作為我國(guó)最早接觸到這項(xiàng)技術(shù)的專家，中國(guó)工程院院士、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院原院長(zhǎng)戴尅戎教授介紹說(shuō)，3D打印在上世紀(jì)80年代末就開(kāi)始在國(guó)外使用，主要用在航天領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的比例僅20%~30%左右。戴尅戎和上海交大王成燾團(tuán)隊(duì)在上世紀(jì)80年代末就將此技術(shù)用于醫(yī)療，但由于當(dāng)時(shí)打印機(jī)都是國(guó)外進(jìn)口，相當(dāng)于我們一直跟著別人在做。
2011年，美國(guó)維克森林大學(xué)的研究員安東尼·阿塔拉展示了3D打印腎臟的技術(shù)；美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究者，已能利用牛耳細(xì)胞在3D打印機(jī)中“打印”出人造耳朵。戴尅戎說(shuō)：“這種技術(shù)結(jié)合了組織工程技術(shù)。目前，這種‘打印’出來(lái)的人體結(jié)構(gòu)或組織，雖然具備外形或擁有部分力學(xué)性能的特點(diǎn)，但并不具備新陳代謝、造尿、造血、解毒等生理功能，還不能替代器官的作用。真正能打印的器官造福患者，將是3D打印未來(lái)最理想的發(fā)展方向。”
雖然目前的3D打印技術(shù)還達(dá)不到“器官移植”的高度，但10多年來(lái)，研究者一直沒(méi)有停下腳步。戴尅戎告訴記者，從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)醫(yī)生就開(kāi)始在骨科應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用相對(duì)容易。骨頭主要起支撐作用，并構(gòu)成關(guān)節(jié)，利用3D打印技術(shù)可替換某“一段”骨頭或關(guān)節(jié)的功能。我國(guó)醫(yī)生已能應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)打造出與病骨一模一樣的模型，醫(yī)生可以在模型上進(jìn)行模擬手術(shù)，和設(shè)計(jì)制造假體，并進(jìn)行模擬安裝和修正，最終制造出精確的個(gè)體化假體。
十幾小時(shí)就能打印出脊椎
從2009年起，北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科率先開(kāi)始對(duì)利用3D打印金屬材質(zhì)的骨骼進(jìn)行研究。研究的牽頭人、北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科主任劉忠軍告訴記者，骨骼打印流程并不復(fù)雜，主要包括先將設(shè)計(jì)圖形輸入計(jì)算機(jī)，然后將金屬粉末注入機(jī)器、高溫熔化、成型、凝固、冷卻。例如，醫(yī)院如需要打印一節(jié)脊椎，就把設(shè)計(jì)圖樣傳送給廠家，最快十幾個(gè)小時(shí)后就可以拿到產(chǎn)品。
經(jīng)過(guò)四年的努力，劉忠軍帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在脊柱及關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域研發(fā)出十幾個(gè)3D打印脊柱外科植入物，其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖臼關(guān)節(jié)三個(gè)產(chǎn)品，已經(jīng)接近完成臨床觀察階段，準(zhǔn)備進(jìn)行產(chǎn)品申報(bào)。劉忠軍說(shuō)，參加人體試驗(yàn)的主要是頸椎病和髖關(guān)節(jié)病患者，現(xiàn)在已有60多位患者在簽署知情同意書后，植入了3D打印出的骨骼。他們分別接受了脊椎人工椎體植入、頸椎的椎間融合器植入和人工髖臼植入手術(shù)。目前結(jié)果樂(lè)觀，短時(shí)間內(nèi)，就可看到骨細(xì)胞已長(zhǎng)進(jìn)打印骨骼的孔隙里。
對(duì)于目前3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用，戴尅戎說(shuō)：“如果需要，現(xiàn)在我們可對(duì)四肢所有關(guān)節(jié)、骨頭進(jìn)行定制，從而制造出個(gè)性化的假體。”目前戴尅戎團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用最多的是為骨盆腫瘤病人制作假體，以修復(fù)因腫瘤切除遺留下來(lái)的骨盆巨大缺損，重建病人站立和行走功能。據(jù)了解，現(xiàn)在已有數(shù)百例病人在3D打印技術(shù)的幫助下制作了不同部位的個(gè)體化骨關(guān)節(jié)修復(fù)假體，并取得成功。
如今，在國(guó)內(nèi)醫(yī)院中，3D打印技術(shù)除了用于骨科外，還輔助整形修復(fù)外科、口腔科、眼科的醫(yī)生制作塑料模型，在給患者修復(fù)顱骨、修整下巴、重塑顴骨、眼眶等部位時(shí)派上用場(chǎng)。
加快康復(fù)，有助降低醫(yī)療成本
3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用受到了越來(lái)越多患者和醫(yī)生的肯定。劉忠軍告訴記者，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印的金屬骨骼具有兩大優(yōu)勢(shì)。一是想做什么形狀的骨骼都可以。劉忠軍說(shuō)，人體骨骼中形狀最怪異的要數(shù)頸椎第一節(jié)和第二節(jié)，如果醫(yī)生要將患者這里的骨腫瘤切除，為了支撐和固定，需要一個(gè)內(nèi)植物填充。傳統(tǒng)方法是在切除部位放入鈦網(wǎng)，然后從患者身體其他部位取出部分骨頭填充進(jìn)去，再用鋼板和鋼釘固定，讓它慢慢生長(zhǎng)。但通過(guò)長(zhǎng)期臨床觀察發(fā)現(xiàn)，這種填充方法效果并不好。有了3D打印技術(shù)后，醫(yī)生就可以直接生產(chǎn)出同一形狀、體積的內(nèi)植物，填充到缺損部位里面，上下用螺釘固定，非常牢固。第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是，不僅解剖形態(tài)可以完全恢復(fù)，打印出的植入物還帶有可供骨頭長(zhǎng)入的金屬孔隙，它們像海綿一樣可以將周邊的骨頭吸引進(jìn)來(lái)，使真骨與假骨之間結(jié)成牢固的一體，有助于縮短患者的恢復(fù)期。康復(fù)加快，有利于節(jié)省患者的醫(yī)療成本。
很多人擔(dān)心，3D打印骨骼會(huì)不會(huì)很貴。劉忠軍表示，目前3D打印骨骼暫未正式運(yùn)用到臨床，還沒(méi)有確切價(jià)格。但大體上，用3D打印生產(chǎn)出的產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品相比，成本不會(huì)增加，甚至可能降低。因?yàn)閺募夹g(shù)特性上來(lái)看，所用材料和傳統(tǒng)工序完全一樣，但工藝變簡(jiǎn)單，只有一道工序，且不需要倉(cāng)儲(chǔ)。
戴尅戎也表示，3D打印將節(jié)省大量時(shí)間，不用再像以往一樣根據(jù)模型制作假體，再把石膏模型送到工廠完成定制醫(yī)療裝置，一般需要數(shù)月時(shí)間，而3D打印可在醫(yī)院內(nèi)完成制作，只需要數(shù)小時(shí)。并且由于材料使用率高，生產(chǎn)一件產(chǎn)品和大量同產(chǎn)品的單價(jià)幾乎無(wú)差別。
3D打印技術(shù)帶來(lái)的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。戴尅戎反復(fù)強(qiáng)調(diào)說(shuō)，3D打印技術(shù)給人類生活帶來(lái)巨大變化，生活方式也因此悄然改變。第一次工業(yè)革命開(kāi)始了城市化進(jìn)程，第二次工業(yè)革命使城市化速度加快，而以3D打印技術(shù)為代表的第三次工業(yè)革命，說(shuō)不定會(huì)反過(guò)來(lái)掀起“反城市化”趨勢(shì)。若干年后，大規(guī)模的流水線制造模式極可能逐步走向終結(jié)，個(gè)性化的模式將受到推崇。今后大多數(shù)醫(yī)院可能會(huì)配備3D打印機(jī)，以制造各種可拯救病人生命的特定裝置。
審批慢制約了上市速度
目前，我國(guó)3D打印技術(shù)在醫(yī)療方面的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但要真正完全應(yīng)用到市場(chǎng)，讓更多患者受益，還存在不少困擾。
劉忠軍表示，在3D打印技術(shù)上市過(guò)程中，審批流程成了影響上市速度的瓶頸。“我們骨科很早就開(kāi)始做相關(guān)的研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，研究論文也是最早在國(guó)際權(quán)威期刊上發(fā)表的，這說(shuō)明我們是走在前面的。但直到現(xiàn)在，產(chǎn)品還沒(méi)能注冊(cè)，還沒(méi)有上市。可去年10月份，美國(guó)已經(jīng)有一個(gè)與我們類似的產(chǎn)品上市了，這說(shuō)明他們不是研究更靠前，而是上市更靠前。不可否認(rèn)，凡是放在人體內(nèi)的東西，涉及到健康，我們一定要高度重視。但可以在保證安全的情況下，讓創(chuàng)新成果能夠有更快的通道，與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。我們的東西如果先上市，把它形成產(chǎn)品，那就是中國(guó)制造，甚至可以把它推到國(guó)外去。”
此外，3D打印的個(gè)體化定制產(chǎn)品目前在我國(guó)還沒(méi)有途徑申請(qǐng)審批，也無(wú)相關(guān)產(chǎn)品的規(guī)范。但在歐美等國(guó)，已有了很規(guī)范的定制化產(chǎn)品管理方式。
戴尅戎認(rèn)為，我國(guó)要發(fā)展3D打印技術(shù)，首先要鼓勵(lì)發(fā)展擁有自主產(chǎn)權(quán)的3D打印機(jī)。“目前核心技術(shù)都在國(guó)外，我們用的都是他們淘汰的機(jī)器，只能一直跟著別人的步伐。”第二是加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)；最后則是政策上的支持，比如鼓勵(lì)使用并推廣這項(xiàng)新技術(shù)，并且在過(guò)程中嚴(yán)控質(zhì)量。劉忠軍則希望國(guó)家能夠統(tǒng)籌規(guī)劃，比如像美國(guó)一樣建立一個(gè)或數(shù)個(gè)3D打印研究中心，利用更大的平臺(tái)，讓各個(gè)領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)3D打印產(chǎn)品。
對(duì)于未來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展，專家都十分期待。劉忠軍認(rèn)為，3D產(chǎn)品不可能代替全部的傳統(tǒng)產(chǎn)品，只是利用優(yōu)勢(shì)替代傳統(tǒng)工藝不足的部分，但從目前的效果來(lái)看，替代的比例和作用是巨大的，前景非常廣闊。
戴尅戎說(shuō)，未來(lái)3D打印的另一個(gè)重點(diǎn)將在生物打印。“墨水”中含細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，產(chǎn)品經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)。“我們可以想象，未來(lái)3D生物打印可能成為普遍的醫(yī)療模式。目前我國(guó)有50萬(wàn)人等待肝移植，只有5000人能得到；40萬(wàn)人在等待腎臟，只有3000人能獲得；還有30萬(wàn)人等待角膜移植，也只有3000人有機(jī)會(huì)等到，而通過(guò)3D打印制造器官，就可能解除移植器官資源緊缺的難題。”戴尅戎滿懷信心地9說(shuō)。
（來(lái)源于中國(guó)3D打印網(wǎng)）