國內(nèi)醫(yī)療行業(yè)對3D打印技術(shù)的應(yīng)用始于上世界80年代后期,,最初主要用于快速制造3D醫(yī)療模型,在當(dāng)時,,3D打印技術(shù)主要用來幫助醫(yī)生與患者溝通,、準(zhǔn)確判斷病情以及進行手術(shù)規(guī)劃??梢哉f,,我國在醫(yī)療行業(yè)對于3D打印技術(shù)應(yīng)用的探索起源已久,并伴隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展走向深入,。
近年來,,隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和精準(zhǔn)化,、個性化醫(yī)療需求的增長,3D打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用在廣度和深度方面都得到了顯著發(fā)展,。在應(yīng)用的廣度方面,,從最初的醫(yī)療模型快速制造,逐漸發(fā)展到3D打印直接制造助聽器外殼,、植入物,、復(fù)雜手術(shù)器械和3D打印藥品。在深度方面,,由3D打印沒有生命的醫(yī)療器械向打印具有生物活性的人工組織,、器官的方向發(fā)展。本文主要介紹醫(yī)用3D打印技術(shù)在如下5個領(lǐng)域的最新進展,。
1,、手術(shù)規(guī)劃模型,對于風(fēng)險高難度大的手術(shù),,術(shù)前規(guī)劃十分重要,。傳統(tǒng)上,通過CT,、核磁共振(MRI)等影像設(shè)備獲取患者的數(shù)據(jù),,是做醫(yī)生手術(shù)預(yù)規(guī)劃的基礎(chǔ),但得到的醫(yī)學(xué)影像是二維的,,之后還需要利用軟件將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成逼真的三維數(shù)據(jù)。3D打印機可以將三維模型直接打印出來,,既可輔助醫(yī)生進行精準(zhǔn)的手術(shù)規(guī)劃,、提升手術(shù)的成功率,又方便醫(yī)生與患者就手術(shù)方案進行直觀的溝通,。此外,,即使在治療失敗,3D打印也可以為醫(yī)患雙方提供可溯源的依據(jù),。
2,、植入物,一些植入物是通過鑄造或傳統(tǒng)的金屬加工方法來制造的,,需要首先制造出模具,,對于只需要一件或者少量的植入物來說,單件生產(chǎn)成本十分昂貴,。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊植入物,,使用從傳統(tǒng)技術(shù)也難以實現(xiàn)。而3D打印技術(shù)用于制造骨科植入物,,可以有效降低定制化,、小批量植入物的制造成本,,并可以制造出更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的植入物。近年醫(yī)療行業(yè)越來越多地采用金屬3D打印技術(shù)(直接金屬激光燒結(jié)或電子束熔融)設(shè)計和制造醫(yī)療植入物,。在醫(yī)生與工程師的合作下,,使用3D打印技術(shù)能夠制造出更多先進合格的植入物和假體。
3,、骨骼替換,,對于需要切除骨骼的患者來講,這無疑是一個天大的好消息,,如今通過3D打印機可以打印用于替換人體骨骼的鈦合金“骨骼”,。目前已研發(fā)了幾十種3D打印機打印出來的鈦合金人體“骨骼”,其中頸椎椎間融合器,、頸椎人工椎體及人工髖關(guān)節(jié)3個產(chǎn)品已進入臨床觀察階段,。
與傳統(tǒng)的金屬骨骼相比,3D打印“骨骼”不但尺寸非常精確,,而且?guī)в锌晒┕穷^長入的孔隙(打印出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)),,相鄰骨頭在生長的過程中會進入孔隙,使真骨與假骨之間牢固地結(jié)成一體,,使患者的恢復(fù)期縮短,。這項技術(shù)同樣要用到上面講的CT掃描,三維重建技術(shù),,再使用金屬3D打印機打印出鈦合金骨骼,。
4、皮膚修復(fù),,有研究者研究將不同細胞外基質(zhì)應(yīng)用于皮膚3D打印技術(shù)中,,這樣可以最大限度將皮膚的活性及其他天然屬性提高,使得移植后受損皮膚的修復(fù)及打印皮膚與正常皮膚有效地融合,。將人皮膚成纖維細胞和角朊細胞直接沉積在支架上,,取得了良好的皮膚組織再生效果,采用靜電紡絲技術(shù)制成多層膠原支架,。
5,、生物3D打印,之前提到使用金屬,、塑料等非活體組織材料3D打印的定制化假肢,、牙科、骨科植入物,、助聽器外殼等醫(yī)療器械都屬于“初級階梯”,。而打印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬于“中級階梯”。3D打印的人工肝臟,、心臟等人工器官則屬于“頂級階梯”
新加坡南洋理工大學(xué)的Leong等試圖研究適合于SLS技術(shù)的聚合物及其成形結(jié)構(gòu)的特性,,提出了制造條件、制造精度,、材料生物相容性和可重復(fù)性是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵要素,,利用選擇性激光燒結(jié)制造血管支架結(jié)構(gòu)。Lee等制備了內(nèi)徑1mm的3D打印水凝膠管道模型,,成功誘導(dǎo)周圍毛細血管形成了微血管床,。
無論如何,3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的初步應(yīng)用,,已經(jīng)顛覆了人們對現(xiàn)有醫(yī)療的認知,,眾多發(fā)達國家都投入了足夠的人力及資金,以期將此作為人類健康的全球戰(zhàn)略,?;?D打印技術(shù)的再生醫(yī)學(xué)組織工程,已經(jīng)成為繼人類基因大規(guī)模測序完成之后,,生命科學(xué)中最活躍的發(fā)展領(lǐng)域之一及科技競爭的焦點,,在國際性的產(chǎn)業(yè)競爭熱潮來臨之前,掌握關(guān)鍵技術(shù)就獲得了生命科學(xué)前沿技術(shù)的制高點,。