徐銘恩：3D打印與個性化醫(yī)療

我和大家分享一下3D打印和醫(yī)療結(jié)合的工作。

首先探討一下我對未來醫(yī)療發(fā)展的認(rèn)識,，今年最熱的精準(zhǔn)醫(yī)療，精準(zhǔn)醫(yī)療和個性化醫(yī)療是未來發(fā)展的方向,。如何做到精準(zhǔn)醫(yī)療和個性化醫(yī)療,？

這是我對精準(zhǔn)醫(yī)療的認(rèn)識。首先我們要有一個瞄準(zhǔn)裝置,，現(xiàn)在的瞄準(zhǔn)器有哪些,？有CT、磁共振,、B超,。從去年開始有一個很火概念，是基因測序,，這些使得我們可以看到目標(biāo),。

有了目標(biāo)是否就可以了呢？還有下面的問題,，我們得有子彈,，什么是子彈？包括精準(zhǔn)和個性化的藥物和醫(yī)療器械,，如果光看到目標(biāo)了,，沒有精準(zhǔn)和準(zhǔn)確的打擊方式，依舊做不到精準(zhǔn)和個性化的醫(yī)療,，最重要的是得有戰(zhàn)士,，誰是精準(zhǔn)醫(yī)療的戰(zhàn)士？主角還是醫(yī)生,、藥師和護(hù)士,，我們做技術(shù)的，做互聯(lián)網(wǎng)支持的,，我們更多是對醫(yī)生以及醫(yī)務(wù)工作者做支持,，他們才是前方殺敵的人。這是我的認(rèn)識,。

在認(rèn)識的基礎(chǔ)上,，我講一下我對3D打印的認(rèn)識,。

我們認(rèn)為其實(shí)對于醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集，比如磁共振,，一般的醫(yī)院都已經(jīng)有了,，現(xiàn)在醫(yī)院的數(shù)據(jù)也非常多，但是數(shù)據(jù)的存儲,、傳輸和處理等等很多移動醫(yī)療的公司也做了很多工作,。但這些數(shù)據(jù)最終還是要回到可以治療病人的醫(yī)療器械也好，一份精準(zhǔn)的藥物也好,，得回到這個東西上,，我們認(rèn)為在基于前面數(shù)字化的數(shù)據(jù)，3D打印技術(shù)是非常好的將鏈條閉環(huán)的技術(shù),，可以從患者身上采集的數(shù)據(jù)最終變成治療患者的醫(yī)療器械或者是精準(zhǔn)化藥物或者是基因修復(fù)技術(shù),。

為什么3D打印可以做到這一點(diǎn)？患者個體差異很大,，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，3D打印技術(shù)可以快速地基于數(shù)字模型做個性化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造。當(dāng)這兩者結(jié)合之后,，可以帶來醫(yī)療個性化和精準(zhǔn)化的時代,。3D打印技術(shù)從2012年開始很火，什么是生物3D打�,�,？

首先是生物3D打印的設(shè)備，從整個生物3D設(shè)備,，從2000年初開始發(fā)展,，最早是美國和德國的，還有清華大學(xué)的工作,。這些平臺大多都是學(xué)校里的科研平臺,，在2012年底的時候，國內(nèi)和國外頂級的科學(xué)家和我們交流,，他問,，徐教授，是否可以給我們設(shè)計一種面向醫(yī)生和生命科學(xué)研究者的設(shè)備,，使得他操作起來不要這么復(fù)雜,，不要這么多CAD、機(jī)械學(xué)的知識,。我覺得這個提議非常好,，我們做了一系列的設(shè)備。

這是今年成系統(tǒng)化的設(shè)備,，這里包括了WORK station的設(shè)備,。圍繞3D打印技術(shù),，我們做了專門的控制系統(tǒng)，是多功能可擴(kuò)展的系統(tǒng),，保證醫(yī)生在醫(yī)院里進(jìn)行多功能的擴(kuò)展,。

另外多噴頭系統(tǒng)可以做到同步打印8種材料或者是8種細(xì)胞。另外一個是溫控系統(tǒng),，最多可以做到零下55度,，保證了一些特殊的生物材料可以在設(shè)備中進(jìn)行打印。同時,，我們?yōu)樵O(shè)備構(gòu)建了一系列的3D打印的墨盒和智能化的,、潔凈的工作臺，主要是給醫(yī)生提供一個非常方便和便捷的可用的穩(wěn)定的系統(tǒng),。
基于這樣的系統(tǒng)可以做什么工作,？

首先，第一塊工作還是再材料,。目前可以用設(shè)備做的材料有胚胎干細(xì)胞、天然生物醫(yī)療,、有機(jī)高分子材料等等,，一些是來自于本身細(xì)胞，我們有成系列的商品化的生物材料,。

這是對細(xì)胞做的打印,，這個圖是我們實(shí)驗(yàn)室在圈子中比較標(biāo)桿性的工作，這是我們打印兩周的細(xì)胞,，黑的部分是設(shè)計好的血管的通道,，可以保證營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)去，結(jié)構(gòu)在兩周內(nèi)可以維持得很好,，細(xì)胞受到分化因子的影響,，有我們需要的細(xì)胞。

基于前面的平臺我們做第一個嘗試,，組織器官的個性化的定制,。這是用人的脊髓干細(xì)胞打印了耳軟骨，這在市場上需求比較大,。我們只看最小的部分,，器官的衰竭。全球每年大概有600萬人器官或者是肝臟需要進(jìn)行器官移植才能存活下去,，這個數(shù)字在中國是150萬人,，而中國150萬人以去年的數(shù)據(jù)看，他們能夠獲得器官的人數(shù)不超過15000人,，即使捐贈器官之后,，還存在自己的免疫系統(tǒng)的問題,。

圍繞這個需求，我們做了一系列的嘗試,，首先嘗試了肝臟,，中國人長期服用一些藥品，包括飲酒,，以及乙肝病毒的攜帶,，所以重建肝臟很多。首先要了解肝臟的基本結(jié)構(gòu),，圍繞肝單位做了一系列的設(shè)計,，研究每個單元的結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計出了一個可以打印的單元結(jié)構(gòu),，有這幾點(diǎn)要求：首先細(xì)胞在這個過程中活下來,，第二生物的功能有，有解毒等,。第三,，未來可以集成和制作。

我們做了一系列的研究,，具體的數(shù)字不做更多的闡述,。比如肝臟有一個很重要的功能，比如白蛋白的分泌,，3D打印的肝臟,，在體外培養(yǎng)8周的時間內(nèi)，白蛋白都很穩(wěn)定,，都可以證明這是有功能的,，而且可以維持的單元結(jié)構(gòu)。在今年10月9日,，我們向外發(fā)布了第一款的商品化的肝單元,，證明可以小批量生產(chǎn)而且有穩(wěn)定的控制。

另外還有別的缺損,，比如骨骼的缺損等等,，借助于3D打印技術(shù)，可以構(gòu)建定制化的植入物的手段,，可以根據(jù)病人的CT進(jìn)行重建,，圍繞重建數(shù)據(jù)對生物相容性的材料，把它們打印成需要的樣子,。宏觀上的樣子可以彌補(bǔ)缺損的部位,，微觀上可以布上很多通道，保證血管可以均勻地長進(jìn)去,。

除了個性化的定制人的組織,、器官工作以外,，3D打印還可以做什么？可以做藥物的精準(zhǔn)和個性化的篩選,。醫(yī)藥企業(yè)每年的研發(fā)投入非常大,，以2014年為例，研發(fā)投入是1388億美金,，今年會在1400億美金左右,，帶來多少的產(chǎn)出？

以阿斯利康為例,，從1997年到2011年總研發(fā)費(fèi)用投入了590億美金,，研發(fā)出了5個通過FDA批準(zhǔn)的藥物，每個新藥花費(fèi)118億美金,，這個創(chuàng)了一個記錄,，在去年有一篇很有名的文章，是阿斯利康研究開發(fā)者寫的文章,，總結(jié)了阿斯利康過去20年藥物開發(fā)的歷程,。這里有一個數(shù)據(jù)，在這個圖上,，紅色的部分是在動物水平檢測出的待測藥物對器官的毒性,。黃色的部分是對人體水平檢測的藥物的毒性，以中樞神經(jīng)系統(tǒng)為例,，動物的水平檢測出7個（100個中檢測出來的），而在人體中這個數(shù)字高達(dá)34個,，其他包括腎臟,、肝臟，這說明什么問題,？說明在動物水平毒性的檢測,，包括藥物效能的檢測，實(shí)際上在人身上是有巨大的差異性,，藥物一旦上臨床上,，再被槍斃掉，那個損失就很大了,。那怎么辦,？還有另外一篇文章對這個進(jìn)行了分析，為什么動物模型和人之間53%是無關(guān)的,，14%是相反的,，剩下33%雖然相關(guān)，因?yàn)閯游锖腿酥�間的基因上有差異,。另外一個技術(shù)是高通量篩選,，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有20多年了,，當(dāng)年的時候非常期待，感覺對新藥的開發(fā)帶來革命性的改變,，但是好象沒有什么用,，高通量篩選無關(guān)的大于99%，我們認(rèn)為,，要想解決這個問題,，3D打印提供了一個新手段，我們用人的細(xì)胞打印人的肝臟,、腎臟以及相應(yīng)組織,，用它進(jìn)行藥物篩選應(yīng)該能夠提高藥物篩選的準(zhǔn)確度，我們做了一些工作,。

首先,，代謝綜合癥，包括肥胖和糖尿病,，在體內(nèi),，人的營養(yǎng)代謝，包括脂肪酸代謝等等,，都是受到脂肪組織和胰島調(diào)控的,。我們做的工作是體外重建了這套調(diào)控系統(tǒng)，我們打印了人的脂肪組織,，進(jìn)行了誘導(dǎo),，紅色的都是脂肪堤，外面是內(nèi)皮,，把胰島打印進(jìn)去,，然后構(gòu)建一個系統(tǒng)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)在這里,。無論是胰島素分泌,，還是葡萄糖代謝還是脂肪代謝，還是受阻因子的分泌,，這些模型更接近體內(nèi),，相關(guān)數(shù)據(jù)和體內(nèi)接近度更高。另外我們做了一系列的數(shù)據(jù),，比如我們檢測了3A4基因（音）,，和肝臟藥物相干，在3D系統(tǒng)中比2D系統(tǒng)高很多,，對藥物的敏感性和毒性的反應(yīng)更為準(zhǔn)確,，現(xiàn)在被默克用了。

還有腫瘤的模型，首先是腫瘤的清洗和轉(zhuǎn)移,，第二是腫瘤的血管化,，在我們的模型中，我們發(fā)現(xiàn),，比如上面圖打印的通道沒有腫瘤系統(tǒng),，下面的圖有腫瘤系統(tǒng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腫瘤系統(tǒng)在通道表面出現(xiàn)了轉(zhuǎn)移過程,，這是在體外對系統(tǒng)的重建,，還有一系列的基因和酶的表達(dá)。比如Bcl—2,，這和腫瘤升級有關(guān)系,，我們這個表達(dá)是高表達(dá)的。這個不多做解釋了,。

另外希望我們可以做在線系統(tǒng),，可以又準(zhǔn)確又高通量，我們做了一個系統(tǒng),，同時包含了肝臟和腫瘤,，同步檢測一個藥物對肝臟的損傷和對腫瘤的毒性，但是我們發(fā)現(xiàn)還有一個意外的驚喜,，我們檢測一個藥物,，需要二次代謝物才能存在。

關(guān)于個性化改進(jìn)的工作,，比如3D打印器官模型,，以前在醫(yī)院做完CT和磁共振是拿了一個片子，醫(yī)生根據(jù)片子的影象數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,，如果我們給醫(yī)生提供一個三緯的實(shí)體,，和真實(shí)的骨骼一模一樣，這對醫(yī)生很有幫助,。另外模擬手術(shù)方案，臨床教學(xué),，醫(yī)患溝通也很重要,，這是我們給波士頓科學(xué)做的，大陸地區(qū)和香港地區(qū)的左心耳（音）的手術(shù),，這可以簡短手術(shù)過程,，本來需要40分鐘以上，通過這個方式可以降到半小時以內(nèi),。另外還有3D打印的肢具,，還可以3D打印手。

總結(jié)，3D打印技術(shù)在有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)和個性化醫(yī)療鏈條的閉環(huán),。
第二,，3D打印涉及多個學(xué)科，愿意為不同學(xué)科和行業(yè),，包括醫(yī)生和科研工作者提供我們的技術(shù)支持,，從設(shè)備到材料到軟件。

這是我們公司的介紹,，我們公司成立于2013年1月份,，到現(xiàn)在為止不到三年，我們完成了A輪,，估了3個億,，希望我們的工作可以推動醫(yī)療的發(fā)展，我們有一個重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,，大家有興趣可以和我們合作,。

來源：貝殼社

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