3D打印助力个性化医疗
蓝光发展(13.06 -5.64%,咨询)近日的一则公告重新引起市场对医疗3D打印产业的关注。该公司宣布，开发出一款3D打印机可打印出人造血管。
医疗3D打印市场是3D产业发展的主战场，也是最具应用前景的领域。医疗的个性化需求和高附加值特征，使得该领域成为最适合使用3D打印技术的领域。业界的一致共识是，3D打印成本较高，唯有医学领域对成本不那么敏感，而且，医学领域的个性化需求非常高，3D打印可以大规模推广的第一个产业领域就是医学领域。
医疗3D打印是产业主战场
3D打印也叫增材制造技术，是快速成型技术的一种，是以三维数字模型文件为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光、热熔等方式将金属、陶瓷、塑料、细胞等材料进行逐层堆积粘合，制造物体的技术。3D打印产业链可分为上游建模工具、软件、材料，中游打印设备，下游应用与服务。医疗3D打印在此基础上增加了医疗和生物的属性。
目前，3D打印界一致共识认为，医疗3D打印是产业的主攻方向。
什么是医疗3D打印?就是使用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞材料，用来制造人工的组织、器官，还有各种假肢，手术导板等一系列生物医疗领域的产品。它是3D打印研究中最前沿的领域。现阶段，医疗3D打印的应用主要包括：血管打印、细胞打印、组织工程支架和植入物打印、假体打印和手术器械打印。
为什么要发展医疗3D打印?杭州电子科技大学教授徐铭恩认为有三大方面的原因。
首先是医学领域的规模特别巨大。美国卫生部2009年做的一个调查显示，美国医疗卫生方面的开支每年高达2.5万亿美元，约占美国GDP的17.6%，占国民总收入的40%。美国卫生部进一步预测，到2018年，美国在医疗方面的支出将达到GDP的20.3%。这是个非常巨大的市场。“随着人类物质财富越来越富裕，生活水平越来越高，人类愿意花在生命上的钱会越来越多。在美国，我们可以明确看到的这个趋势。”徐铭恩说。
其次，3D打印在医学领域应用前景广阔。生物3D打印技术的快速性、准确性，及擅长制作复杂实体的特性，使它在医学领域有着非常广泛的应用前景。“我们看一下自己的身体构造，每个人的身体构造都不一样，病理情况又存在特殊性和差异化。在临床上经常可以看到，哪怕同一部位肢体的残疾，它的残疾的长度、位置都不一样。”徐铭恩解释说，3D打印具备个性化的制造能力，在医学领域会很受欢迎。3D打印与传统的医学影像采集，如CT、ECT等技术结合，再加上与3D建模技术结合之后，在人工假体、人工组织器官的制造方面将产生巨大的推动效应。
再者，医疗3D打印是3D打印领域最重要的试验场，关乎产业存亡兴废。相比于当前的传统制造技术，目前3D打印虽然有个性化的优势，但在生产成本上并无优势。进一步讲，我们平日接触到的各种产品中，是否有那么多个性化需求?比如说水杯，在实际使用中并不需要太多个性化的元素。因此，3D打印在大多数制造领域中没有竞争优势。但是，这世界上还存在两个不计成本、不考虑性价比的领域，一个是医学，另一个是军事。医学领域的个性化需求非常高，也是不考虑性价比的领域。在3D打印界有一个共识，3D打印可以大规模推广的第一个大的产业领域就是医学领域。
细胞打印最具想象空间
在医疗3D打印中，最神秘、最尖端、最炫酷的细分领域，是细胞3D打印。这是在组织器官三维模型指导下，由3D打印机接受控制指令、定位装配、细胞材料制造器官的新技术。
这一技术的形成，首先有一个基础性的原理。2000年前后，科学家将人类动脉血管切成一节节的环状结构，然后把这些环状结构套在一根线上，72小时后发现，这些血管切片又融合到了一起，形成一根新血管。这个实验告诉我们，在体外，如果可以把不同的细胞在空间上按照人类的组织器官的细胞排布要求放在一起，这些细胞就会很快发生迁移、扩散、自组织，重新组成一个器官，也就是说它能制造出一个全新的器官。
清华大学、麻省理工学院等学术机构在细胞3D打印领域已有探索，它的技术原理就是将细胞一层一层打印在特殊热敏材料上，打完之后将材料叠加就能得到需要的结构。徐铭恩介绍称，第一台细胞3D打印机是用一台正常的打印机改装的，也是最早进入商业化的细胞3D打印机。但由于一些技术没有储备好，这台机器的商业化效果不好。
目前商业化做得最好的是3D Bioplotter技术，它是将细胞和琼脂基复合材料共混，挤出成型在具有交联剂的底板上层层叠加。美国Drexel大学的孙伟教授，研发出能够连续挤出成型的三喷头的3D打印机，这个技术可以进行药物毒性的肝单元结构检验。
细胞3D打印应用领域有哪些呢?第一个应用领域是实验室。它可以为再生医学、组织工程、干细胞、癌症等与生命科学相关的领域提供一个非常好的研究工具，甚至可以认为它也能像传统的生物医学中的PCR技术和膜片钳技术一样极大地推动生命科学领域的发展。后两个技术不但形成了两个巨大的产业，而且还分别获得了诺贝尔奖。
第二个可以做的就是构建和修复组织器官，提供新的临床医学技术。这也是一个非常巨大的市场。随着人逐渐的衰老，肝脏、肾脏、心脏、肺都会发生老化，这就像汽车一样，当汽车的发动机坏掉了，轮胎坏掉了，有配件可以买，或者说可以从其他车上拆一个配件下来。那么人体器官如果坏掉了怎么办?当然，肾脏可以进行移植，但是移植过程中会发生排斥反应，更关键的是没有那么多移植的供体。国家每年有3-5万需要进行肾脏移植的患者，现有的供体完全不够，而且用上去要终身服抗免疫排斥药。最佳的方法就是用这个病人自己的细胞来生产它所缺损的器官。比如说，用细胞3D打印技术，打印出了人工的肝脏单元。除了肝脏以外，3D打印技术还能制造人工脂肪。比如隆胸，当前隆胸多半使用硅胶填充，最终会带来副作用。最佳的方法是用自己的脂肪细胞来做修补。
第三，细胞3D打印技术还可以做药物研发领域的药物筛选模型。2014年，美国制药工业协会新药研发投入大概是700亿美元，其中仅辉瑞一家就投资100亿美元。这么巨大的投资，每年可以产生几个新药呢?大概目前全球每年只会产生2-3个真正原创性的新药。这可能是目前研发投资最大，产出最低的领域。为什么成功率这么低?举个例子，假如我手里有一万个化合物，要从一万个化合物中筛选出可以治疗糖尿病的药物，最简单的方式是找一万个糖尿病的患者过来做实验。可是，你能低成本地很快找到一万个糖尿病患者吗?而且，有些化合物是有毒的，吃下去死了怎么办?科学家用动物来做，但也非常辛苦，而且老鼠的基因和人不一样，对老鼠来说有用的药物，对人可能完全没有效果。在上个世纪八十年代，科学家提出了高通量筛选的方法，即用细胞或者单个的蛋白质来做模型。然而三十年过去了，药物开发速度并没有加快。因为人体是一个复杂的调控网络，单个因子的升高或者降低，在人体整体环境中发生的情况有可能是截然相反的。因此，如果可以用3D打印做出人工的组织器官，可以做人工组织器官进行筛选，就可以大大提升药物筛选的进程。
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