3D打印助力個性化醫(yī)療
藍光發(fā)展(13.06 -5.64%,咨詢)近日的一則公告重新引起市場對醫(yī)療3D打印產業(yè)的關注。該公司宣布，開發(fā)出一款3D打印機可打印出人造血管。
醫(yī)療3D打印市場是3D產業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)場，也是最具應用前景的領域。醫(yī)療的個性化需求和高附加值特征，使得該領域成為最適合使用3D打印技術的領域。業(yè)界的一致共識是，3D打印成本較高，唯有醫(yī)學領域對成本不那么敏感，而且，醫(yī)學領域的個性化需求非常高，3D打印可以大規(guī)模推廣的第一個產業(yè)領域就是醫(yī)學領域。
醫(yī)療3D打印是產業(yè)主戰(zhàn)場
3D打印也叫增材制造技術，是快速成型技術的一種，是以三維數(shù)字模型文件為基礎，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光、熱熔等方式將金屬、陶瓷、塑料、細胞等材料進行逐層堆積粘合，制造物體的技術。3D打印產業(yè)鏈可分為上游建模工具、軟件、材料，中游打印設備，下游應用與服務。醫(yī)療3D打印在此基礎上增加了醫(yī)療和生物的屬性。
目前，3D打印界一致共識認為，醫(yī)療3D打印是產業(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，特別是細胞材料，用來制造人工的組織、器官，還有各種假肢，手術導板等一系列生物醫(yī)療領域的產品。它是3D打印研究中最前沿的領域。現(xiàn)階段，醫(yī)療3D打印的應用主要包括：血管打印、細胞打印、組織工程支架和植入物打印、假體打印和手術器械打印。
為什么要發(fā)展醫(yī)療3D打印?杭州電子科技大學教授徐銘恩認為有三大方面的原因。
首先是醫(yī)學領域的規(guī)模特別巨大。美國衛(wèi)生部2009年做的一個調查顯示，美國醫(yī)療衛(wèi)生方面的開支每年高達2.5萬億美元，約占美國GDP的17.6%，占國民總收入的40%。美國衛(wèi)生部進一步預測，到2018年，美國在醫(yī)療方面的支出將達到GDP的20.3%。這是個非常巨大的市場。“隨著人類物質財富越來越富裕，生活水平越來越高，人類愿意花在生命上的錢會越來越多。在美國，我們可以明確看到的這個趨勢。”徐銘恩說。
其次，3D打印在醫(yī)學領域應用前景廣闊。生物3D打印技術的快速性、準確性，及擅長制作復雜實體的特性，使它在醫(yī)學領域有著非常廣泛的應用前景。“我們看一下自己的身體構造，每個人的身體構造都不一樣，病理情況又存在特殊性和差異化。在臨床上經(jīng)常可以看到，哪怕同一部位肢體的殘疾，它的殘疾的長度、位置都不一樣。”徐銘恩解釋說，3D打印具備個性化的制造能力，在醫(yī)學領域會很受歡迎。3D打印與傳統(tǒng)的醫(yī)學影像采集，如CT、ECT等技術結合，再加上與3D建模技術結合之后，在人工假體、人工組織器官的制造方面將產生巨大的推動效應。
再者，醫(yī)療3D打印是3D打印領域最重要的試驗場，關乎產業(yè)存亡興廢。相比于當前的傳統(tǒng)制造技術，目前3D打印雖然有個性化的優(yōu)勢，但在生產成本上并無優(yōu)勢。進一步講，我們平日接觸到的各種產品中，是否有那么多個性化需求?比如說水杯，在實際使用中并不需要太多個性化的元素。因此，3D打印在大多數(shù)制造領域中沒有競爭優(yōu)勢。但是，這世界上還存在兩個不計成本、不考慮性價比的領域，一個是醫(yī)學，另一個是軍事。醫(yī)學領域的個性化需求非常高，也是不考慮性價比的領域。在3D打印界有一個共識，3D打印可以大規(guī)模推廣的第一個大的產業(yè)領域就是醫(yī)學領域。
細胞打印最具想象空間
在醫(yī)療3D打印中，最神秘、最尖端、最炫酷的細分領域，是細胞3D打印。這是在組織器官三維模型指導下，由3D打印機接受控制指令、定位裝配、細胞材料制造器官的新技術。
這一技術的形成，首先有一個基礎性的原理。2000年前后，科學家將人類動脈血管切成一節(jié)節(jié)的環(huán)狀結構，然后把這些環(huán)狀結構套在一根線上，72小時后發(fā)現(xiàn)，這些血管切片又融合到了一起，形成一根新血管。這個實驗告訴我們，在體外，如果可以把不同的細胞在空間上按照人類的組織器官的細胞排布要求放在一起，這些細胞就會很快發(fā)生遷移、擴散、自組織，重新組成一個器官，也就是說它能制造出一個全新的器官。
清華大學、麻省理工學院等學術機構在細胞3D打印領域已有探索，它的技術原理就是將細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構。徐銘恩介紹稱，第一臺細胞3D打印機是用一臺正常的打印機改裝的，也是最早進入商業(yè)化的細胞3D打印機。但由于一些技術沒有儲備好，這臺機器的商業(yè)化效果不好。
目前商業(yè)化做得最好的是3D Bioplotter技術，它是將細胞和瓊脂基復合材料共混，擠出成型在具有交聯(lián)劑的底板上層層疊加。美國Drexel大學的孫偉教授，研發(fā)出能夠連續(xù)擠出成型的三噴頭的3D打印機，這個技術可以進行藥物毒性的肝單元結構檢驗。
細胞3D打印應用領域有哪些呢?第一個應用領域是實驗室。它可以為再生醫(yī)學、組織工程、干細胞、癌癥等與生命科學相關的領域提供一個非常好的研究工具，甚至可以認為它也能像傳統(tǒng)的生物醫(yī)學中的PCR技術和膜片鉗技術一樣極大地推動生命科學領域的發(fā)展。后兩個技術不但形成了兩個巨大的產業(yè)，而且還分別獲得了諾貝爾獎。
第二個可以做的就是構建和修復組織器官，提供新的臨床醫(yī)學技術。這也是一個非常巨大的市場。隨著人逐漸的衰老，肝臟、腎臟、心臟、肺都會發(fā)生老化，這就像汽車一樣，當汽車的發(fā)動機壞掉了，輪胎壞掉了，有配件可以買，或者說可以從其他車上拆一個配件下來。那么人體器官如果壞掉了怎么辦?當然，腎臟可以進行移植，但是移植過程中會發(fā)生排斥反應，更關鍵的是沒有那么多移植的供體。國家每年有3-5萬需要進行腎臟移植的患者，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病人自己的細胞來生產它所缺損的器官。比如說，用細胞3D打印技術，打印出了人工的肝臟單元。除了肝臟以外，3D打印技術還能制造人工脂肪。比如隆胸，當前隆胸多半使用硅膠填充，最終會帶來副作用。最佳的方法是用自己的脂肪細胞來做修補。
第三，細胞3D打印技術還可以做藥物研發(fā)領域的藥物篩選模型。2014年，美國制藥工業(yè)協(xié)會新藥研發(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，每年可以產生幾個新藥呢?大概目前全球每年只會產生2-3個真正原創(chuàng)性的新藥。這可能是目前研發(fā)投資最大，產出最低的領域。為什么成功率這么低?舉個例子，假如我手里有一萬個化合物，要從一萬個化合物中篩選出可以治療糖尿病的藥物，最簡單的方式是找一萬個糖尿病的患者過來做實驗。可是，你能低成本地很快找到一萬個糖尿病患者嗎?而且，有些化合物是有毒的，吃下去死了怎么辦?科學家用動物來做，但也非常辛苦，而且老鼠的基因和人不一樣，對老鼠來說有用的藥物，對人可能完全沒有效果。在上個世紀八十年代，科學家提出了高通量篩選的方法，即用細胞或者單個的蛋白質來做模型。然而三十年過去了，藥物開發(fā)速度并沒有加快。因為人體是一個復雜的調控網(wǎng)絡，單個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行篩選，就可以大大提升藥物篩選的進程。
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