近年来,随着技术的发展,3D打印已率先在医疗领域获得应用上的突破。这主要因为医疗行业(尤其是修复性医学领域)个性定制化需求显着,鲜有标准的量化生产,而个性化、小批量和高精度恰是3D打印技术的优势所在。
目前,3D打印在医疗生物行业的应用主要包括三个方面:
(1)体外医疗器械制造——无需生物相容的材料
体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械——如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织AmputeeCoalition的统计,目前美国正有约200万人使用3D打印假肢。
(2)个性化永久植入物
对人体身体部位的复制是高度定制化的产品,通过3D打印,这些部件可以与身体完全契合,与身体融为一体。以骨骼为例,当人体的某块骨骼需要置换,可扫描对称的骨骼,再打印出相应的骨骼,最后通过手术植入人体内。
在国内,3D打印“骨骼”技术已经于2013年被正式批准进入临床观察阶段。目前,北京大学第三医院骨科专家刘忠军教授带领的团队在征得病人同意后,已有近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”。该院在脊柱及关节外科领域研发出3D打印脊柱外科植入物,其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品已经进入临床观察阶段。这种3D打印的假骨有助将周边的骨头吸引过来,使人体骨骼和植入物结合起来,促进患者康复。到目前,使用3D打印骨骼的患者恢复情况非常好,在很短的时间内,就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。
(3)细胞3D打印
细胞打印属较为前沿的研究领域,是一种基于微滴沉积的技术——一层热敏胶材料一层细胞逐层打印,热敏胶材料温度经过调控后会降解,形成含有细胞的三维结构体。
细胞打印能够:
1)为再生医学、组织工程、干细胞和癌症等生命科学和基础医学研究领域提供新的研究工具。
2)为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术,推动外科修复整形、再生医学和移植医学的发展。
3)应用于药物筛选技术和药物控释技术,在药物开发领域具有广泛前景。
在这一领域领军的Organovo公司,已经成功研发打印出心肌组织,肺脏,动静脉血管等。虽然目前这一技术的应用尚处于试验阶段,但未来有望逐步应用于器官移植手术中。
近日,Organovo公司宣称用3D打印机完整打印一个有正常生命机能的肝脏,为肝脏移植患者提供帮助。公司先通过独特的细胞3D打印技术,在细胞培养基座中打印出肝脏所需的细胞组织,然后再在培养皿中进行培养,并生成正常形状和机能的肝脏,然后便可以移植到人体中,进行身体解毒和排毒等正常代谢功能。不过,该肝脏的生命周期只有40天左右。
对于3D打印在医学领域的应用,有人提出了一个“3D打印生命阶梯”的预想,无生命的假肢位于阶梯的底层;中间是简单的活性组织,如骨与软骨;简单组织之上将是静脉和皮肤;最靠近阶梯顶层的将是复杂且关键的器官,如心脏、肝脏和大脑;而生命阶梯的顶层将是完整的生命单位。
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