3D打印的医学憧憬：私人订制人体器官移植|3D打印|器官|医学_科学探索_新浪科技_新浪网
<h1 id="artibodyTitle" cid="40874" docid="crvvpkkD打印的医学憧憬：私人订制人体器官移植
　　每经记者黄宗彦
　　有关统计数据显示，我国每年150万器官衰竭患者中，仅有一万余人能得到器官移植，更多的人只能在等待配体的过程中病情恶化甚至离世。如果3D打印能够解决这项难题，无疑将成为最受市场关注的焦点。然而，生物信息处理、高精度打印机等是目前3D生物打印面临的最大瓶颈，解决这一系列难题，尚需时日。
　　随着近年来全球不断掀起的“3D打印热”，先行者们的好奇心已不满足于打印一些玩具摆件、塑料杯子等常规物品，他们将目光投向了想象空间更为广阔的生物医学领域。
　　尽管3D打印在生物医学市场前景广阔，但生物数据处理、合适的生物材料、打印设备研发以及打印后的活体组织存活等四大技术性问题，是当前科研工作者面临的“最难啃的骨头”。
　　北京工业大学激光工程研究院教授陈继民向《每日经济新闻》记者表示，3D打印在生物医学的应用是一个由远到近的过程，“乐观估计还需5~10年才能获得突破。”
　　开启“私人订制”健康时代
　　中国工程院院士戴尅戎介绍了这样一个案例：医生通过提取一位患脂肪瘤女孩腿部的CT参数，将数据输入3D打印机，并打印出女孩腿部的3D下肢骨骼的3D模型，最终帮助女孩双脚直立。
　　从这项案例能一探3D打印在生物医学领域应用的端倪，那么3D生物医学打印的全貌是什么？
　　杭州电子科技大学教授徐铭恩对此解释到，3D生物打印是以三维设计模型为基础，通过软件分离分层离散和数控成型的方法，用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞等材料。此项技术可用来制造人工的组织，人工的器官、各种假肢、手术导板等一系列材料。
　　简言之，3D打印在临床医学的应用，一方面是通过患者病变部位扫描成像，利用3D打印机将二维图像打印成3D模型，让病人和医生更为直观地观察与沟通，并根据模型反应的实际情况量身定做手术方案，保证手术精度；另一方面，通过3D模型，用特殊的生物“墨汁”打印活体细胞，在体外培育仿生器官及活体组织，再植入人体内。
　　戴尅戎告诉《每日经济新闻》记者，“由于一般常规的假体都是标准型号，3D打印不仅能制定出最适合病人的手术方案，也能为病人安装上最合适的假体。”
　　在个性化消费的浪潮中，个体化健康方案无疑是一个大趋势。美国毒理研究院院士、蓝光3D生物打印研究院院长康裕建认为，临床医学引入3D打印技术，开启了“精准医学”、“订制健康”的时代。
　　尽管3D打印在生物医学的应用属于起步阶段，但短短数年发展至今已有不少令人叹为观止的成果。除了义肢、假牙、骨骼支架等没有生命特征的产品，科学家们已开始着手研究具有活性的人体细胞组织和器官，抑或在将来大面积填补器官移植的缺口。
　　陈继民表示，3D打印在医学领域的应用，是一个由远到近的过程，“离人体越远的，如义肢、骨骼关节，已经比较普及了。反之，离人体越近的应用，如组织修复和体内器官移植，乐观估计还需5~10年才能获得突破。”
　　尚存多项难题待解
　　3D生物医学打印，吸引的不只是科学家及狂热者，更博得了各路资本的青睐。据了解，国内一些公司如先临三维、蓝光发展和光韵达等，均先后开始涉足3D生物医学打印这一蓝海。市场研究机构LuxResearch预测，3D打印技术在医疗市场将于2025年达到19亿美元的规模。
　　不过，业内人士认为，3D生物领域真正发展成为产业化还为时尚早。
　　康裕建认为，生物信息处理、生物墨汁研发、高精度打印机以及打印后处理是目前3D生物打印面临的最大瓶颈。
　　在康裕建看来，在打印一个生物假体之前，要了解它的全部信息，并根据掌握的信息进行二维到三维的转化。一些复杂的器官，如心脏、肝脏等，由于血管、细胞等组织分布密集，在没有完全获得此类脏器的信息打印出来的仿生品，发挥不出功效。
　　同时，打印所需的材料——“生物墨水”的研发难度仍较高。主要表现在细胞间如何作用，怎么排列，如何控制其所处的微环境。
　　除了上述提到的技术性难题，3D生物打印还面临政策空挡和伦理问题。
　　加大投入基础研究
　　虽然3D打印在生物医学领域，的确能把许多不可能变成可能，但令人遗憾的是，国内外尚无有效手段破解前述提及的若干瓶颈。且人体组织的复杂性也让3D生物医学打印在短期内还无法进行大规模应用。
　　陈继民表示，现有的医学水平尚不能完全将人体器官分析透彻，“科研工作者应投入更多精力到基础研究，掌握丰富的生物信息后，才能使3D打印更进一步发展。”
　　康裕建则建议，从事3D生物打印的公司应建立相关的IT部门，专注于对生物信息、数据的采集、分析和转化。
　　据了解，目前3D生物医学打印的工作原理为分层堆叠，液态材料、粉末材料、金属材料通过喷嘴喷出后再层层固化，最后形成三维物体。
　　另外，器官打印的过程原则上会对生物细胞的活性造成一定的损伤，这需要通过一些特殊的设计和处理，才能保存其较高的活性。并且，控制好细胞所处的微环境，需要足够的细胞培养液予以供给。陈继民指出，“要想达到快速成型又保持活性，以现有的生物材料而言，解决这一难题还需要时间。”
　　对于打印后的活体处理问题，陈继民认为，现在虽然能实现仿生器官表面的细胞具有一定活性，但如何进入具有一定厚度的器官内部，并将营养输送进去，使其从死体变成活体，则是目前科研工作者攻克的方向，“目前研究人员已经在尝试将密密麻麻的毛细血管打印出来并分布到器官的各个角落。
　　值得一提的是，徐铭恩及其团队已成功通过3D生物打印技术打印出人类肝脏单元、脂肪组织等。打印出的细胞存活率达90%，能够存活四个月。
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看过本文的人还看过上海一医院用3D打印为骨瘤病人“私人定制”骨盆
　来源：　李若楠
来源：作者：李若楠责任编辑：战钊
　　骨肿瘤，发病率虽相对较低，但恶性程度高，不止伤筋动骨，还总与截肢、关节解脱等创伤巨大、令人害怕的手术方式联系在一起。而如今，3D技术打印的盆骨、关节将让病人和医生都变得更轻松，手术风险降低，确保肢体功能。
　　新民晚报新民网记者今天(17日)获悉，日前举办的“骨肿瘤保肢治疗与功能重建新进展论坛”上传来好消息，基于3D打印技术和现代医学影像技术的精细化手术，使更多骨肿瘤患者在切除病灶的同时，能尽可能保留肢体与功能。据悉，目前这样的手术已在沪上多家医院展开。
　　3D打印为骨肿瘤患者“私人定制”骨盆
　　年轻的病人患上骨盆肿瘤面临截肢瘫痪，甚至威胁生命。用3D打印技术，医生与技术人员为其定制一个“个性化”钛合金骨盆，让病人可以尽快恢复行走，回归社会。这些只能在电影里看到的科幻情节，如今在上海的医院就能实现。
　　“用3D技术打印出来的骨盆，与人体匹配度更高。”上海市第十人民医院骨科副主任张春林教授说，相比传统的用磨具来批量加工替换假体，通过CT扫描与3D打印定制出来的个性化替换假体，不仅能在术后保持患肢的外观，可以更好地恢复患者术后局部骨骼的生物力学特性，从而保留其肢体功能。尤其是像骨盆原本就是三维立体的结构，更需要高的匹配度。3D打印技术的“私人定制”不仅效果更好，而且制作时间也比传统的假体缩短2-3星期，可以减少病人的等待时间。同时，在手术中，安装3D打印假体可节省手术时间，减少术中出血，从而提高患者的生活质量和假体的使用寿命。
　　张春林说，手术的成功还有赖于影像学和病理学技术，制定更为周密的术前计划，确定活检的方式和部位，根据肿瘤的部位及与周围组织的关系确定切除的范围等，这些都为保肢手术创造了有利的条件。既往恶性骨肿瘤侵犯主要血管被列为手术禁忌症之一，近年来随着手术技术的提高，可以将被侵犯血管切除后进行重建，使得这类患者仍有可能保全肢体。
　　新辅助化疗助力骨肿瘤保肢治疗
　　新民晚报新民网记者还了解到，目前针对原发性恶性骨肿瘤特别是骨肉瘤的化疗方案一般称为新辅助化疗，已经成为恶性骨肿瘤治疗的标准模式。
　　借助新辅助化疗，通过有效的术前化疗，杀灭血液中微小癌灶，控制远处转移灶的发展。化疗后原发瘤坏死、缩小，可为保肢术提供一个更安全的切除边界，增加保肢手术的机会，减少复发率。同时，肿瘤切除术后通过病理学检查肿瘤坏死率，观察判断肿瘤对药物的敏感性，指导术后化疗，必要时可以调整化疗药物方案使之更为有效。
　　张春林说，除了全身化疗之外，还可以采用局部介入化疗的方法，使高浓度的化疗药物直接进入肿瘤组织内达到有效浓度，以药物分子原形直接杀伤肿瘤，其副作用远低于全身化疗，可以缩短用药间隔，有利于增强对瘤细胞的杀灭程度。(新民晚报新民网记者
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武汉医疗迈入3D打印时代 为患者实现“私人定制”
图为：3D技术制成的“机械手”器官“用坏”了再换一个新的，如今，这种科幻电影中的美好愿景正逐步走向现实。“我们已可打印出有血管、神经系统的肝脏。”6月8日，清华大学机械系器官制造中心创始人王小红教授接受记者采访时表示，她所在的实验室在医疗行业3D打印方面，取得突破性进展。长江商报记者走访武汉各大医院发现，3D打印技术在骨科、口腔科等科室得到了广泛应用，武汉医疗行业正加速迈入“3D打印时代”。目前3D打印在医疗领域进展如何？今后是否可打印人体器官？有专家表示，至少还要再等15年。全国首个3D打印“机械手”诞生武汉一场突如其来的车祸，夺去了6岁男孩程程的左手，只余半截手掌。他常看着这坨“面目狰狞”的肉球发呆，并试图一把抓起东西，糟糕的是，东西却被越推越远。车祸3年后，程程在武汉收到一份特别的礼物。他的左手上，带着外形酷似钢铁侠的“机械手”。这是医生通过高科技3D打印技术，为他打印出来的“机械手”，为全国首例。今年6岁的程程，和奶奶住在老家河南省信阳市。3岁时，他不幸遭遇车祸，左手被压烂，武汉某医生为他进行了截肢手术，截掉了手指和半个手掌。程程顽强地适应残缺的生活，他喜欢在平板电脑上玩“捕鱼达人”，只是不能再和村里的小孩一起爬树了。3年来，医院的医生一直牵挂着程程。近几年，医院各科室陆续应用上3D打印技术，手外科主任陈振兵也有了新的设想。今年4月，陈振兵联系了河南一家3D打印技术公司后，便给程程爸爸打了电话：“我们来给孩子做个‘机械手’吧。”陈振兵将程程左手数据发送到打印公司，7小时后，公司打印出一堆小部件。陈振兵告诉长江商报记者，3D打印出各个部件后，还要经过一钉一铆的严格组装成型，然后再安装弹力绳索，并对各部件弹力绳及绳索的张力不断反复修改调试，最后制造出一个灵活的传送装置，将手腕活动的力量通过绳索传送到可以活动的机械手指上，帮助程程完成简单的握持动作。最后成型的“机械手”外形酷似变形金刚。程程戴上机械手后，通过手腕活动的力量来指挥绳索，就能实现基本的抓握功能。尝试几次后，程程利用机械手成功拿起一根香蕉，他顿时露出了喜悦的笑容。医院手外科教授黄启顺介绍，这只3D打印出来的机械手，是全国首个3D打印可活动义肢，成本仅600元，不到传统义肢造价的1/10。此外，还可根据个人尺寸，进行个性化定制，更换、维护也很简单。程程的父亲说，孩子马上要上小学了，此前曾考虑过给孩子定做义肢，但他正在生长期，隔段时间就要更换尺寸，开支不小，而且没有实际功能，所以暂时没有装。“这个机械手来得太及时了！”武汉医院加速进入3D打印时代在很多人眼里，3D打印是一门新兴技术，但其实它已经存在30多年了。3D打印技术最早出现在20世纪80年代，但是当时的机器非常巨型而且昂贵，经过30多年的发展，技术逐渐成熟，机器也渐渐小型化，并开始在医疗行业运用。去年，美国多项关于3D打印的关键技术专利过期，让3D技术的造价不再高不可攀。武汉医疗行业也正在加速进入3D打印时代。长江商报记者走访武汉多家医院发现，3D打印技术在各科室应用得十分火热。在武汉部分医院，目前可3D打印牙套、关节、内脏模型等。尤其在牙科，大有取代传统镶牙的趋势。“现在平均一个月能打印100多颗牙套（即最常见的一种假牙，一般龋齿烂得厉害了就要装牙套），反响很好。”医院口腔科博士李蜀鄂介绍。科室半年前花200多万元引入一台3D打印机，主要用于牙冠、嵌体修复和假牙制作。现在做全瓷牙套的病人里，有1/3都是用3D打印的。据了解，传统做牙套，要先从嘴里取模，再找技师做，一周后才能镶上，有时还要反复来医院调整。3D打印只需用光学探头在嘴里扫描一下，利用电脑辅助设计，再放到机器里“打印”出来，一个多小时就好了，病人很快就能装上回家。具体细节也只需要在电脑上调整，无需在嘴里反复试。这种打印出来的牙齿精密度和强度都比传统的要高，费用只贵了几百元。还有补牙，传统的补牙材料容易塞牙、脱落，3D打印的嵌体稳定性要高得多。“现在1万元一颗的种植牙，不久也可能用3D打印出来。不仅‘尺码’会更匹配，费用也便宜得多。”李蜀鄂介绍。3D打印在骨科也有不少应用。在湖北省几家大医院用3D打印机打出病人有问题的骨头模型，再据此制定手术方案已经是一种常见方法，比过去依靠临床经验来开刀要精准得多。这种“手术导航”方式，让手术时间缩短了一半。该医院骨科教授刘国辉团队在湖北省骨科率先引进3D打印技术，已成功进行了数十例复杂性骨折手术。医生拿到3D打印模型后，刘国辉和同事在实验室里进行预手术，即对模型进行术前模拟手术操作，以决定钢板螺钉规格与位置、螺钉进入途径及角度、预弯钢板、截骨角度、植骨形状等。这种用3D技术打印出的模型跟患者伤处一样，也有明显的骨折痕迹。刘国辉解释，3D打印技术最大的优势是为患者实现“私人定制”，“严丝合缝”地满足患者需求。目前为何还不能将3D打印模型直接应用于人体？刘国辉坦言，目前3D打印的材料还不能完全模拟人体组织器官的强度、刚度和柔韧度等特性。湖北省某医院骨科一位教授表示，现在技术上已经能够实现将“3D打印骨骸”直接植入人体体内，只不过涉及伦理问题，审批程序复杂，国内才迟迟没有开展。未来有望3D打印心肝肺科幻片里，主角可直接换上人造心脏。未来，人类能否打印自己的器官并移植到体内？医学家在苦苦探索，将类似的科幻情节变为现实：用3D技术打印皮肤，受伤后直接贴上；用3D技术打印心脏，患病了直接更换……只是人体组织太过奇妙，目前3D打印技术仅能“复制”骨骼和简单器官。在国内，已有一批实验室正在研究器官打印。6月8日，清华大学机械系器官制造中心创始人王小红教授接受长江商报记者采访时表示，她所在的实验室在3D打印方面，取得突破性进展，已可打印出具有生物活性的肝脏。王小红教授介绍，过去打印的肝脏，没有任何生物活性。如今她所在的实验室已经研究出利用天然高分子材料（取自动物身体）和合成高分子（人造材料）混合，打印出一种全新的肝脏。这种肝脏“仿真度”高，有血管、神经系统，具有生物活性，未来可以用于器官移植，解决了器官来源不足、排斥等问题。目前，打印肝脏仍处于动物试验阶段。对于前景，她很乐观：“3-5年内，这类肝脏很可能走向临床试验，同时我们还在研究打印心脏、乳房等器官，一旦实现，人类寿命可大大延长。”对此，协和医院泌尿外科主任章小平教授更保守：“人体非常复杂精巧，即使技术上能做到1：1精确复制，但做出的器官并不一定会像人体一样生长，想要完成心脏、肺等复杂器官的‘复制’，还需长期探索和反复试验。”该院泌尿科陈朝晖副教授也表示，目前3D打印技术尚处于打印病灶模型，用于疾病诊断、手术模拟的阶段，远没到植入人体的理想状况。因为，怎样精确复制器官，令它像在人体内那样生长，而不是像肿瘤细胞那样疯长，还需要长期探索和试验。在中国3D打印技术产业联盟副理事长、杭州电子科技大学生物制造工程研究中心主任徐铭恩看来，用3D技术打印复杂人体器官，需要15年甚至更长时间才可能实现。
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在东南大学附属中大医院烧伤整形科，3D打印技术已经应用到了小耳症患者的耳再造上。江苏省整形外科质量控制中心主任、东南大学附属中大医院整形外科主任熊猛副教授介绍，3D打印的耳朵会让雕刻耳朵的过程变得更加精细。
扬子晚报讯 （通讯员 刘敏 俞鑫 程守勤 记者 杨甜子）3D技术用在临床，会给患者带来怎样的福利？在东南大学附属中大医院烧伤整形科，3D打印技术已经应用到了小耳症患者的耳再造上。
6岁小耳症患者见到了自己的&耳朵&
东东（化名）今年6岁了，是中大医院整形外科耳再造的一个小患者。因为先天性小耳症，东东的左耳比右耳小了很多，也没有完整的耳廓外形。在中大医院整形科，东东幸运地成为了3D打印技术应用与耳再造的受益者之一。
3D打印的技术人员用一个手持型的扫描仪将东东的右耳朵360度的扫描。扫描后在电脑上呈现出三维效果图，然后3D打印机将镜像后的耳朵打印出来，一只栩栩如生的耳朵的模型就展现在记者面前。从扫描到制作完成大约花费3个小时的时间。还没有经过手术，东东就见到自己未来的耳朵长成什么模样，十分开心。
江苏省整形外科质量控制中心主任、东南大学附属中大医院整形外科主任熊猛副教授介绍，3D打印的耳朵会让雕刻耳朵的过程变得更加精细。在术中，医生按照3D打印出的模型进行手术，取代了之前用胶片剪出来的平面模型。让医生手术中更加心中有数，做出来的耳朵更加个性化，是专属每一位患者的&私人定制&。
6-9岁是耳再造的最佳时期
熊猛主任介绍，先天性小耳畸形主要表现为耳廓的缺损，仅残留畸形的软骨及耳垂，没有外耳道，CT检查可以发现中耳和内耳发育不良，同时患者的听觉功能有不同程度障碍，这种先天性畸形在7000个新生儿中可能会有一个。而耳再造的过程分为两期，第一期是把一个由硅橡胶制成的扩张囊埋入耳再造部位的皮下，埋入一周后不断向扩张囊内注入生理盐水，为再造耳朵预制出足够的皮肤，一般二三个月后皮肤扩张完成。第二期手术是造出真正的耳朵，目前多是选择患者自身的肋软骨雕刻成与正常耳朵一样的耳软骨支架，然后置入扩张的皮肤下，完成耳朵的再造。
专家指出，6岁至9岁的患者施行耳再造手术最佳，太晚手术会直接影响孩子的健康成长。
中大医院征集无耳患者
东南大学附属中大医院推出第7届&爱耳行动&公益活动。即日起向全国征集无耳或小耳患者，并将从中筛选两名家境特别贫困的特殊耳缺损患者免费施行耳再造整形手术。凡年满6周年的无耳、小耳患者，可直接到中大医院本部门诊大楼8楼整形外科门诊报名登记，或拨打电话（025）报名登记，患者及家属也可将相关病史资料和耳缺损患者照片以E-mail邮件形式发送到，或者挂号直接邮寄到：江苏省市丁家桥87号，东南大学附属中大医院整形外科病房鲁玲护士长收，邮政编码：210009；报名截止日期为日。
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最新可以为更多患者创造出外形更加美观，成本更加低廉的夹板。如果你曾经在你身体的任何部位穿戴过夹板，你一定会知道它们不但不舒适并且看起来非常地笨拙和丑陋。当然这一切马上就要成为过眼云烟了。拉夫堡大学的研究人员日前已经开发一种新型电脑软件，它可以让医生在即使没有电脑辅助设计软件的情况下私人定制出3D打印的夹板，即透气时髦又轻巧便捷。这款软件的目的就是可以让那些没有真正软件设计知识的人员可以为风湿和类风湿患者制造出手腕夹板。
3D打印的夹板
发明此款软件的博士研究生艾比﹒帕特森说道，&我想让许多临床医生都有能力去制造他们之前不能制造的夹板，他们可以去提升产品的外观，舒适度，以及整合添加各种之前不能实现的功能。&
使用Objet Connex公司的打印机，夹板可以由许多不同的材料一次成型，并且具有橡皮铰链和衬垫的特色。这样的夹板不但便携美观而且降低了生产成本，因为之前必须一起完成的设计和生产过程，现在可以分开进行。由于这款夹板在颜色，体积，松紧度和格栅结构上均可私人定制，因此人们会很喜欢穿戴它，这样英国国民健康保险制度将会大大降低成本。
这款软件目前正处于原型试验阶段，帕特森认为要把它全部完成还需要18个月左右。同时，她现在正在进行一个成本分析。这款新的夹板和前代产品相比绝对具备全新设计，但是如果新产品具有更大的生产价值，那么这项服务的需求量也定要上涨，尤其是相关医生和患者。
全英大约400，000的人在遭受风湿和类风湿的折磨，这款夹板可以缓解痛苦，保护关节。帕特森认为来自于平常接触这类患者的医学专家们的反响还是很积极的。&面对这种新鲜的想法，许多参与者都是非常激动的，像针对提高舒适度的一体化橡胶包边都是最大程度方便患者的。&
帕特森和同样来自拉夫堡大学的理查德﹒比布，他们都认为现在需要资金来完善电脑辅助设计软件，否则的话，医院不会不采用这种新型的技术。比布说，&我们正处于发展阶段。研究已证明这项技术是可以实现的并且医生们需要它。我们知道有太多可能性了。&
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