医疗3D打印：三大成果与五大阶梯！

　　数字化医疗及精准医疗已经走过了从探索、研究、科学实践的初级阶段，到今天全球范围内已经开始了医学领域广泛的、深层次的研究及临床转化的第二个阶段。

　　巨大的临床数据及海量的CT、MRI等影像数据为数字化精准医疗奠定了基础。而3D打印技术正是基于此，从量化、可视、可控等方面进一步研发，获得真实的病理仿真及模拟，从而轻松获得了病理模型，籍此将传统的两维度平面的信息，转化为三维实体，进一步帮助临床医生量化了其所掌握的经验及技术。

　　人体替代部件的巨大需求，替代传统非个体化的植入件的巨大需求以及巨大的市场商机，是这一技术发展的推动力，使得组织工程技术成为生命科学领域的前沿技术和投资界高度关注的重点行业。

3D打印技术在医疗领域的两个革命性应用

3D打印的产品有两类，第一类是无生命3D打印产品，第二类是生物3D打印产品，无论哪一类都需要给予数据的挖掘，要把有些具体的东西，比如说细胞与细胞之间、细胞与基质之间的相互作用，它形成了一个什么样的三维结构，等等，解析出来，使这个重建的三维组织能执行更高级的生理功能。那么就必须做一些结构的解析、定量的分析、标识、组织构建等等一系列的工作，才能将人体的组织跟器官完整的还原。

　　无生命产品的3D打印其实在医疗行业的应用也是非常广泛的，比如说大家比较熟悉的金属3D打印，比如说钛合金的，还有一些不锈钢的3D打印，他一般可以做成人体的标准的替代部件，比如说植入的螺钉，还有固定的钢板，还有一些修复的一些组织，这些都是金属的，它也是无生命的。

　　无生命产品是最早被认知、被应用起来的3D打印。比如说，在美国，2014年有一家新的公司上市，它有很多产品已经获得了FDA的一些认证;也在2014年年底的时候，中国也开始有相关的政策出台;2015年8月份，中国有了一个标准器械的关于3D打印金属打印的一个注册证，这也是中国在3D打印金属产品方面取得的一些成绩和国家政策的一些认可。

　　无生命的3D打印产品，做出来的病理模型可以将原来的二维的信息变成三维的信息，原来隐藏在背后的一些信息看不见，现在有了一个病理模型，就可以从各个角度对它进行观察，方便医患沟通;此外，无生命的3D打印产品做出来的病理模型，可以方便医生将它进行量化，做手术前的模拟演练，比如说粉碎性骨折，创伤面、碎成多少小片、粉末等等，可以在这个模型上看得非常清楚，然后做一些手术的规划，准备手术中要使用的器械。还可以提前进行方案优化，到时候带进手术室的就不像以前要推好几车，手术时间也可以大大缩短，同时可以有把握地手术。

　　无生命的3D打印有几项革命性的成果：

　　1、基于三维的解剖结构，可以对将要做的手术做一些非常精准的小器械，我们把它叫做手术导航板。比如说要在患者的脊椎上面打孔，要置螺钉，我们根据患者的脊椎比如说椎弓根的解剖结构做一个精准的匹配的一个小的挡板，使得医生在术前做了规划以后，手术中使用这个导航板精准地将螺钉打入椎弓根，避免伤到脊椎上丰富的血管和神经。手术前做到心中有数，将医生原来头脑中的经验进行量化，做了术前的演练，手术的成功率也会大大提高。

　　2、个性化的植入、个性化的定制。比如说有个患者得了结核性的骨病，骨结构受到了一定的损伤，他已经失去了原来的一些骨质，在影像当中就显得那块有一个很大的缺损。他要在手术中使用一些标准的植入物，比如说做一个关节，这种关节在使用过程当中找不到依靠的地方，找不到固定的地方，找不到位置，通过3D打印就可以做一个精准的适合这个患者的完整的解剖结构，这个解剖结构完美地与他剩余的组织匹配，从而给下一步的手术做铺垫。这种针对组织性缺损的个性化器械的植入，使得有一些无法做的手术现在有机会了。有一例非常典型的案例，就是深圳的“铁肩女”，她是一个骨肿瘤的患者，由于骨肿瘤侵蚀了她肩胛骨的15%的骨质，让医生处理起来非常为难。她当时有两个选择，第一保守治疗，她的骨质会继续流失，到时候可能会造成残废甚至危及生命。第二是采用3D打印的技术，将她骨肿瘤的那块切掉，不需要完全截肢，再给她制作一个与她周围组织相匹配的肩胛骨，之后手术就有可能做了。

　　3、在国外无生命的3D打印也会用在比如说人造器官，在中国，北大三院做过脊椎、骶骨，这些都非常有革命性。

　　生物3D打印产品，相对来说比较陌生。目前生物3D打印产品在国际上的趋势有几种：

　　做一些3D打印的生物材料，然后用这些生物材料覆盖细胞让它长一些细胞。种植一些细胞，然后把它进行培养，做成一种活性组织;

　　生物相容性的材料，还包括生物可降解的材料，复合上细胞，同时打印。比如说可以做一个血管，可以做一个脂肪组织等等;

　　还有一种，是直接在人体里面进行一些修复和构建，这就是完全基于细胞的3D打印。

　　对于生物3D打印，国内其实也有很多的院校相继投入了大量的资金、人力、物力在做研究，也取得了一些成绩。从国际上来看，中国的生物3D打印跟国外几乎同步，个别的领域可能还要超过他们，但是有一个问题，中国的这种3D打印的技术由于基础的研究比较薄弱，包括在这个上面的相关的知识产权比较少，在目前看来好像没什么问题，可能随着时间的推迟，随着时间可能会国外的专利可能会引起一些问题。

　　生物3D打印可能要有很多准备过程：首先，是对生物材料的选择;其次，目前市场上现有的打印机可能还不足以满足你的要求，可能要对它进行底层的改造，甚至自己要重新来做;要非常熟悉组织的结构;还要非常清楚和把握对于组织的构建。我们所接触的整个行业，大家都在从医学的角度去了解它，从细胞的角度去了解它，而忽视了这种交叉学科的应用。在生物材料以及用数据解析人体组织相对来说比较弱，恰恰是这两点，阻碍了生物3D打印的发展。

　　在构建一个组织的时候，首先要知道这种组织所使用的材料是什么，或者是有什么样生物可降解的材料，植入人体以后，它能够保证骨的生长，同时能在身体里面保证这种相容性，与其他的组织之间的相互关系能保持得非常融洽，同时它又能降解，比如说降解成水被人体充分吸收。

　　接下来就可以构建，如果你要去解析一个组织，比如说要做一个骨骼，人体从头到脚的骨骼结构其实是不一样的，有些是防止外界的撞击，起到对内部组织的保护，有些需要承重，有些需要平衡，有些需要产生血细胞、红细胞等等。由于它的功能不一样，骨从头到脚的结构也是不一样的，尤其它的细胞组织是不一样的。2015年12月，剑桥、美国的哈佛相继有革命性的一些研究出来，证实了人的颅骨骨干细胞来自不同的干细胞群，与人体的其他骨骼的干细胞群是截然不同的。

　　了解了人体的从头到脚骨骼的结构以后，就要想办法把它构建出来，仿生出来，为细胞在里面的生长创造一个良好的条件，这样细胞才能在里面进行扩增、代谢、迁移，然后生成相关的组织。然后做出来的东西，植入人体以后，细胞继续生长，这种结构在满足细胞生长的前提下，会一步一步地降解，人体中坏死的或者由于手术切除以后缺损的组织就会得到修复。

　　细胞、基因测序、基因编辑、生物的3D打印，这些其实都是息息相关的。为什么这么说呢?如果要构建一个完整的骨骼，然后让细胞在上面去扩增，把它发育成完整的骨骼结构，这种细胞首先要比较健康，也就是种子细胞要比较健康。如何才能做一个完整的健康的种子细胞呢?你要进行测序，对细胞进行编辑，去除掉一些病毒性、影响到免疫的、排异性的东西，对它进行编辑，把相关的东西摘除掉在体外进行培养，这种种子细胞液就是健康的。

　　同时由于细胞在体外的培养和体内还是截然不同的，体内的环境更复杂，除了人体本身的基质以外，还受到你饮食、环境、甚至情绪的影响，随时让细胞的生长环境产生一些变化，使得基质的浓度，或者其他的代谢物、生长因子等等发生相关的变化。而在体外进行的细胞培养其实相对来说比较可控，它有标准的基质，它可以实时受到控制，对它进行添加，对它的排泄物进行清除等等，使得细胞在体外培养、扩增的时候，能得到一个非常良好的环境。