3D Printing Industry的這篇綜述回顧了最近一些3D生物打印和增材制造方法在醫(yī)學中應用的實例。

最近，3D打印技術在手術計劃中的應用又向前邁進了一步，在本文中我們將通過3D Systems公司的案例來看一看3D打印在手術計劃中的應用。我們還將看到3D打印的骨骼如何起作用，以及軟骨在再生醫(yī)學研究中正在取得怎樣的進展。最后，我們會將目光鎖定在3D打印的血管組織，回到中國獼猴接受了3D打印靜脈的有效植入這一話題上。

成功的手術計劃

為患者個性化定制3D打印的解剖模型是3D打印中一種非常有價值的應用形式，不僅節(jié)省了寶貴的手術時間，還可以改善患者的預后。

Stratasys旗下的增材制造服務公司 Stratasys Direct Manufacturing已經創(chuàng)造出了3D打印的腦模型；加利福尼亞州的Spinal Elements公司正在制訂脊柱外科手術指南；一些初創(chuàng)公司也已經快速進入到了不斷增長的市場中，例如新加坡的Supercraft3D公司已經獲得了投資公司100萬美元的資金支持。

一種為病人個性化定制的3D打印手術腦模型（照片來源：Stratasys Direct Manufacturing）

2016年，3D打印使得27小時手術（27-hour surgery）這項卓越的手術成為可能。在3D Systems公司增材制造技術的幫助下，連體雙胞胎Jadon和Anias McDonald成功地進行了27小時手術。

雖然尚未實現商業(yè)化，但3D打印在醫(yī)學領域進一步發(fā)展的設想被認為與3D Systems公司的Figure 4 模塊的應用類似。最近，3D Printing Industry的主編Michael Petch探訪了3D Systems位于科羅拉多州的醫(yī)療技術工廠，在那里他與公司CEO和高級工作人員進行了交談。

3D Systems公司的Figure 4模塊（攝影：Michael Petch）

正如3D Systems的金屬和醫(yī)療保健總經理Kevin P. McAlea在接受Michael Petch采訪時說的那樣，“如果將Figure 4與生物相容性材料結合，你就可以在本地建立一個手術計劃單位，例如醫(yī)院。我認為這是一個長期趨勢?！?/p>

組織工程v2.0和生物3D打印的骨頭

紐約費恩斯坦醫(yī)學研究所教授Daniel A. Grand將再生醫(yī)學稱為“組織工程V2.0”。 Grant發(fā)表在Nature上的風濕病學綜述解釋了3D生物打印如何將矯形治療提升到下一個等級，特別是通過軟骨的制造。

為了修復骨折，國際上正在研究可進行3D打印的墨水。有些生物墨水是以蠶絲為材料的，而其他一些則結合了陶瓷。

西北大學3D打印的脊柱（照片來源：Shah et al）

位于伊利諾伊州的西北大學有著具有超彈性質的3D打印鈣塑骨。這種骨骼在機械測試中表現出了良好的特性，同時有著很好的生物相容性。

最近的一篇學術論文《多孔負載生物陶瓷支架的三維打印》中描述了一種3D生物打印技術和燒結技術的組合。文中稱研究人員成功利用3D打印技術制造出了一種生物陶瓷結構，它可以很好地與皮質骨的特性相匹配。

在馬斯特里赫特的3D生物打印會議上，研究人員之一的Tobias Zehnder發(fā)表了主題為“用于骨組織再生的硬基質和軟基質生物制品”的報告。將Zehnder在埃爾蘭根-紐倫堡大學使用的方法與目前3D生物打印技術的整體情況做了比較，應該會很有趣。

3D打印的心臟

2016年底，中國國家高技術研究與發(fā)展計劃（也稱為863計劃）成功地將3D打印的靜脈組織植入活恒河猴體內。這是在臨床前試驗的第一步，試驗的最終目標是希望能夠在人體上獲得成功。

猴子體內3D打印的血管搏動和血流情況的CT（圖像來源：CCTV+）

馬薩諸塞州東北大學和佐治亞理工學院的研究人員也開發(fā)了自己獨特的3D打印血管的方法。生物科技公司Celprogen甚至發(fā)布的證據展示了一個微型3D打印的心臟可以在充滿血液時跳動。

然而，事實是血管組織由多種類型的細胞組成，因此組織的重建只有通過材料和方法的組合才有可能實現。

在發(fā)表于Circulation Research2017上的一篇題為《從微型器件到3D打?。?D心血管組織的制造》的文章中，作者Anton V.Borovjagin、Brenda M.Ogle、Joel L.Berry和Jianyi Zhang表示，3D生物制造出一個完整的心臟可能是最合理的方法。作者還概述了合成貼片對于這種復雜器官是遠遠不足的，因此該方法將取代目前還在不斷探索研究的模塊化方法。

由于能夠復制心臟對物質的反應，即使沒有動物實驗，哈佛的3D打印心臟芯片模塊和其他芯片實驗室技術研究的未來也是樂觀的。2016年，當歐萊雅與Organovo簽訂合同，再次提供用于實驗的生物材料時，針對類似目的的商業(yè)驗證也隨之出現。Organovo的CEO認為3D生物打印的市場價值在100億美元。

心臟芯片的生物打?。▉碓矗汗餔ohn A. Paulson工程與應用科學學院）

劍橋大學的Yan Yan Shery Huang是馬斯特里赫特生物3D打印會議的另一位演講者。她的研究小組“Biointerface”涉及器官芯片技術和電控的3D生物打印，其研究是劍橋大學英國癌癥研究中心的一部分。3D生物制品和芯片實驗室技術將如何影像患者的健康還有待進一步的解答。