3D打印的思想起源于19世紀末的美國，20世紀80年代以來得以發展。在中國，3D打印研究已有約20年，這種通過電腦控制，可以把“打印材料”一層層疊加起來的技術在近兩年開始流行。
時下儼然成為生物醫學領域的“新寵”。骨骼打印在我國多家醫院進入臨床試驗階段，杭州一臺生物3D打印機在實驗室里打印出了血管、脂肪、肝組織。未來的某天，它是否能按需打印出替代品更換被癌細胞侵占的病變器官，或者是不斷跳動的心臟？在樂觀的研究者看來，至少需要15-20年。
3D打印的“迷你腎”
生物3D打印機“R egenovo”，它的作品有骨骼、血管、脂肪和肝組織等。
量骨定做
在今年5月末舉辦的世界3D打印技術產業大會上，研究人員分享了3D打印的各種產品，服裝、鞋子、首飾，甚至還有點心、肉類。荷蘭一位工程師還計劃用巨型的三維打印機來打印房子。
最初，3D打印在生物醫學領域被用于制作醫療模型，術前將體內病變的骨骼或器官打印出來，供醫生和患者溝通或制定手術方案?，F在它的成品已經成功進入人體。
8月17日，西安交通大學第一附屬醫院完成一例顱骨修補手術，所使用的植入物正是用高分子生物材料通過3D打印技術打印出來的。32歲的陜西漢中小伙子李韜成為第一個吃螃蟹的病人。
2010年底，李韜騎摩托在村公路上行駛時摔進2米多深溝，縣醫院立即實施手術將破碎的顱骨取出，并囑咐半年后做顱骨修補手術。“因為顱骨缺損，身體傾斜時，腦組織會從顱骨缺口處凸出來”，李韜說。
手術的主刀醫師之一、西安交大一附院神經外科主任王茂德教授介紹說，以往的顱骨修補手術通常采用金屬鈦，而這次使用的是一種叫做聚醚醚酮(PEEK )的醫用高分子生物材料。
“新材料對比傳統鈦網的優勢在于，術后的影像檢查中不會出現偽影，利于后續病情的診斷。利用3D打印技術制造出的顱骨修補材料完全符合患者生理解剖曲率，真正做到‘量身定制’”，王茂德說。因國外進口原材料昂貴，定制這樣一塊“骨骼”需要8萬-10萬元人民幣。
術后李韜感覺頭部偶爾會突然疼一下，但并不強烈，他“不太擔心，下個月要回去做檢查”。目前，西安交大一附院已為4位與李韜類似的患者植入了3D打印的生物材料“顱骨”，北京大學第三醫院也通過媒體發布，至今年6月已經為40多名患者植入3D打印的“骨骼”。
西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室主任李滌塵教授，是國內最早研究生物組織3D打印的科研人員之一。他告訴記者，3D打印骨骼的材料還在不斷研究之中。如生物陶瓷材料，經過一兩年時間，可以在人體內慢慢降解，轉成活性的骨組織，但它比較脆，力學性能不夠好，放到動物體內做實驗時容易破裂。而且“如果細胞長不進打印骨骼，它還是活不了。”
李滌塵認為這些難題都有解決的可能。“用復合材料解決脆的難題，如鎂合金或高分子材料，和陶瓷混合在一起，然后做成支架，這樣性能會好一些。把陶瓷材料多孔結構做出來，可以讓細胞往里頭長。”他說，如今將陶瓷和金屬復合用到臨床上做一小塊填補比較容易，難度在于做十幾厘米長的大段骨。
細胞打印
把細胞和基質材料，比如膠原，混合在一起，然后擠塑、堆積，進行細胞打印，這是3D打印在骨組織外，另一個更具難度的研究方向。
“在目前的技術水平下，生物3D打印最成熟的是人造骨的打印，國內尚處于臨床試驗研究階段”，浙江大學細胞生物學研究所所長李繼承教授介紹，國外對于復雜器官如人工耳、人工腎的打印，均處于模型與實驗室階段，尚無臨床應用。國內能夠打印脂肪、肝小葉等正常組織，但也處于實驗室階段。
在今年5月末舉辦的世界3D打印技術產業大會上，杭州電子科技大學生物制造工程研究中心主任徐銘恩教授展示了一個剛剛打印出來的肝單元結構。
3個月后，徐銘恩團隊首次向外界展示了一臺名為“Regenovo”的生物3D打印機，這臺完全面向醫學領域需求制造的打印機支持活細胞打印，對外公布的細胞存活率是90%，全無菌打印設計，并支持從-5℃到260℃熔融的生物材料打印。
“R egenovo”上半部看起來像一臺縫紉機，下半部是一個方形的“盒子”。工作時，“縫紉機”上一根細細的類似縫衣針的噴頭，在下半部的盒子里，前后左右移動，將含有活細胞的水凝膠一層一層堆疊成電腦為它設定的立體形狀，骨骼、血管、脂肪和肝組織都曾是它的作品。
徐銘恩介紹，在目前的實驗中，打印出的肝單元可以檢測到其具有解毒、代謝以及部分的分泌功能，但還沒有檢測到分泌膽汁的功能。而一些成骨的實驗則在小白鼠身上取得了成功。此外，打印的肝單元、脂肪和腫瘤等組織，在體外藥物篩選和臨床前試驗中顯示了良好的應用前景。
然而，這臺設備離打印出能夠植入人體的器官還很遠。徐銘恩說，“R egenovo”打印出的肝單元比人體正常的大5倍左右，精度仍需提高。
李滌塵估計，3D打印肝如想移植進人體，還需要十多年的努力，“難度很大，問題很多，比如做出來的肝組織黏糊糊像果凍一樣，沒有力學性能，放到體內可能一擠就變形了，另外細胞在體內，有基質材料可以給它提供營養，能活三五天，但如果血管不能長入，細胞沒有營養供給，還是要凋亡。最大難點在于細胞怎樣與人體的循環系統建立關系。”
李滌塵介紹，細胞打印目前在國外最適合做的就是藥品實驗、病理實驗，比如在體外模擬培養一個肝組織，檢測不同藥物與它的作用關系。
走向臨床
作為時下國內最熱門的科技概念之一，可以快速準確定制復雜形狀實體的3D打印技術，在生物領域引發了“醫療革命”的熱情想象，徐銘恩教授卻不無擔憂，“我們所做的這些研究，帶給公眾希望，但也希望大家能科學理性對待。我們期待這項技術的發展能夠穩步前進，而不是在大起后大落”。#p#分頁標題#e#
3D打印在生物醫療領域應用的研究者們不斷提醒，3D打印快速、小批量，個性化定制上比傳統有優勢，但大規模生產成本高，速度慢，在從定制化產品走向大規模臨床應用，尚存在各種障礙。
從事3D打印研究近20年的李滌塵認為：“3D打印特別適合生物醫療，國外的發展數據顯示它有非常好的前景，也是將來醫療器械發展的方向。國內3D打印技術應該在培養人才和鼓勵應用上得到大力扶持。”
李滌塵介紹，早在2001年，我國就成功完成了國際上第一例將3D打印技術用于頜面的修復，起步是比較早的，但目前國外定制化研究慢慢走入臨床，而我國現有的監管制度使得3D打印技術在生物醫療領域走向應用面臨很多困難。
“與過去的批量制造產品不同，3D打印技術生產的是定制化產品。過去批量生產的時候，批號申請下來，就可以大量生產，但這種審批制度并不適用于3D打印定制化產品的生產”，李滌塵表示，“這并非不可操作，監管部門可以評估生產系統，如果設計、生產流程等都是合理，材料是獲得批準的，材料的成分沒變、生物性能沒變，只是形狀改變了，按道理這就可以生產，作為政府部門應該積極應對新技術帶來的生產模式的變革”。
浙江大學細胞生物學研究所所長李繼承認為，政府目前暫時缺少針對性的扶植政策，生物3D打印腫瘤組織，可能在不久的將來，為藥物篩選和基因治療提供新的載體和研究途徑，而血管的打印可能成為下一個成功應用案例。
阻礙3D打印技術在醫療一線廣泛應用的另一個因素關乎成本。李滌塵介紹，目前市場上的3D打印設備，類型和功能不同，價格從20萬到600萬元不等，總體來說比較昂貴，多作為科研設備使用。目前許多大醫院在引進，但是應用于臨床，還需要不斷降低設備和原材料成本。
李繼承則提醒，生物3D打印未來的發展和應用，除了面臨一系列的技術問題，如器官細胞存活率、移植后機體免疫排斥等，相對于工業3D打印，它將來可能還要考慮倫理學問題。
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