戴尅戎院士：3D打印在醫(yī)療上的應(yīng)用沒有蹩腳與高級(jí)之分
時(shí)間：2015-12-17 21:07 來源：3D打印世界 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
3D打印醫(yī)學(xué)應(yīng)用有很多的優(yōu)勢(shì)，醫(yī)學(xué)上有很多個(gè)P，比如說personalized個(gè)體化，、precision精準(zhǔn)化、popularized普及化等，3D打印都能滿足，并且節(jié)約了很多時(shí)間和成本。
3D打印能推動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，它可以做一些術(shù)前的規(guī)劃，幫助手術(shù)做得更加的精準(zhǔn)，使得植入到身體里面去的所謂植入物能夠擺在一個(gè)恰當(dāng)?shù)牡胤剑艺酶趋馈⒓∪饣蛘呤瞧渌课荒苊芮匈N合，同時(shí)3D打印的模型，可以幫助醫(yī)生與醫(yī)患進(jìn)行溝通，當(dāng)然它也是一個(gè)非常好的教學(xué)的工具，可以3D打印打印心臟、骨頭、肌肉，各種內(nèi)臟，進(jìn)行手術(shù)演習(xí)、手術(shù)示范，3D打印實(shí)際上在各個(gè)方面的應(yīng)用都是非常廣的。
3D打印的醫(yī)學(xué)產(chǎn)品可以大概分成四類，或者說是四個(gè)層次，這四個(gè)層次不分等級(jí)，第一個(gè)層次不蹩腳，第四個(gè)層次也不能說高級(jí)：第一，做模型做模具；第二，做內(nèi)置的東西，比如做個(gè)人工關(guān)節(jié)；第三，打印人體組織，比如打印肌肉；第四，打印內(nèi)臟。
為什么要分成這四個(gè)層次呢？
首先，第一個(gè)層次是體外的模型、輔具，不用放置在身體里面，對(duì)它生物相容性要求也不高，當(dāng)然也不能過敏，這方面95年之后就應(yīng)用廣了。第二個(gè)層次是做內(nèi)置物，它最重要的一點(diǎn)就是要有生物相容性，沒有好的生物相容性的東西，絕對(duì)不能做內(nèi)置物。內(nèi)置物需要長(zhǎng)期的存在在身體里面，比如打印一個(gè)關(guān)節(jié)，希望它二十年、三十年不壞，這就不存在降解的問題。第三個(gè)層次就是要降解了，打印個(gè)支架，這個(gè)支架變成了人體的骨頭軟骨之后，需要慢慢降解掉，讓位給活性組織，所以第三個(gè)層次既要有生物相容性，又要有可以降解的功能。最后一條，打印的不單單是打印支架，同時(shí)要把細(xì)胞和調(diào)整細(xì)胞的分化的一些蛋白因子，或者是叫生長(zhǎng)因子全部打印進(jìn)去。就像做蔥油餅，鋪一層面粉鋪一層蔥鋪一層芝麻，最后變成蔥油餅。3D打印把材料、細(xì)胞、生長(zhǎng)因子一層一層撒上去，就可以變成肝臟了、心臟、血管了。
3D打印讓手工制造者不高興了
第一個(gè)層次在身體外面使用。例如，手上有點(diǎn)扭傷或者是輕度的骨折，不需要重度治療，只需要一個(gè)支具做相應(yīng)的固定，現(xiàn)在僅能供應(yīng)大中小三種型號(hào)，或者四五種型號(hào)。但面對(duì)的是幾十萬人的需求，怎么可能三種型號(hào)就解決呢？而現(xiàn)在用3D打印專門為這個(gè)病人生產(chǎn)，而且是鏤空的，不會(huì)因?yàn)槌龊钩睗穸鹌つw炎癥，還可以帶有超聲波，促進(jìn)骨折的愈合。再例如，一個(gè)沒有假肢的病人自己設(shè)計(jì)出了號(hào)稱是全世界最輕的，用料最少、最漂亮、最省錢的假肢，他很自豪自己的設(shè)計(jì)，那怎么制造出來呢？用3D打印。以后可以用3D打印做眼鏡框、隱形眼鏡、假眼球等很多的東西。口腔科里面的修復(fù)體、活動(dòng)修復(fù)體、種植板等都可以3D打印。還可以做動(dòng)手術(shù)時(shí)用的模板，指導(dǎo)醫(yī)生的手術(shù)。
大家都很高興，現(xiàn)在只有一類人不高興，手工制造該不高興，他們要失業(yè)了，除了少數(shù)人留下來看機(jī)器，其他人都沒事干，這個(gè)是個(gè)顛覆性的革命。
醫(yī)生離不開3D打印機(jī)
我有一個(gè)病患，骨盆里長(zhǎng)了一顆很大的腫瘤，醫(yī)生可以在計(jì)算機(jī)上做很多的設(shè)計(jì)模擬切除，但是拿不到手上，可以用3D打印模型，然后根據(jù)這個(gè)模型，又可以打印一個(gè)金屬的假體，這個(gè)金屬的植入物里面是實(shí)心的，外面是有孔的，這些孔可以讓血管讓纖維長(zhǎng)入里面。在手術(shù)過程當(dāng)中，怎么使切口形狀跟做的植入物吻合呢？這時(shí)候就需要有一個(gè)導(dǎo)板，可以用3D打印做，然后把腫瘤切下來了，把植入物裝上去。手術(shù)完成后病人兩個(gè)禮拜就下地了。3個(gè)月他能100%下蹲，得到了良好的功能的恢復(fù)。回顧整個(gè)手術(shù)過程中，我們用3D打印做了一個(gè)模型，做了一個(gè)導(dǎo)板，再用3D打印做了一個(gè)假體植入他體內(nèi)。也就是說這個(gè)病人的治療全過程都用到了3D打印技術(shù)。
在經(jīng)歷過幾次這樣的病人之后，我們就感覺離不開3D打印機(jī)了，3D打印方便而且速度又快。
老鼠作為3D打印活的生命反應(yīng)器
組織工程有三個(gè)要素，支架、細(xì)胞和生長(zhǎng)因。3D打印在里面首要解決的就是打支架。舉例，骨關(guān)節(jié)的表面是軟骨，軟骨的下面是硬骨，稱為軟骨下骨，軟骨和硬骨之間的界面是緊緊的咬合在一起的，如果用3D打印怎么做模仿呢？就要要靠細(xì)胞自己生長(zhǎng)了。軟骨和硬骨的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能完全不同。現(xiàn)在可以用兩種不同的材料，一個(gè)材料是專門長(zhǎng)軟骨的，一個(gè)材料是專門長(zhǎng)硬骨的，放上細(xì)胞，然后計(jì)算機(jī)輔助下它們慢慢成型，然后再把軟骨跟骨頭扣在一起，讓它互相交織生長(zhǎng)。生長(zhǎng)的時(shí)間大概需要12周，在12周里要不停的更換營(yíng)養(yǎng)液，細(xì)胞不能受到污染，一旦被就全部失敗。而且在操作的時(shí)候，溫度不能有過大的改變，如果有個(gè)兩三度以上的改變，所有的細(xì)胞就會(huì)死掉，非常困難的，怎么辦呢？動(dòng)了一個(gè)腦筋，只需在體外培養(yǎng)兩三周，然后放置在老鼠的身上， 12個(gè)禮拜之后再拿出來就成功了。老鼠就是一個(gè)活體的有生命的反應(yīng)器，這個(gè)反應(yīng)器能夠幫助我們培養(yǎng)出一個(gè)關(guān)節(jié)來，在這個(gè)關(guān)節(jié)里面的軟骨，完全跟真的軟骨是一樣的。在這里面還可以看到一些殘余的用3D打印的材料，大部分材料都可以降解了。
一種激活以后就能變身的萬能細(xì)胞
生物打印這個(gè)概念在2000年的時(shí)候就被提出來了，03年開始有人實(shí)現(xiàn)活性細(xì)胞的打印，04年有人申請(qǐng)了第一個(gè)細(xì)胞打印的專利，07可以用干細(xì)胞來打印。干細(xì)胞可以變成軟骨，變成皮膚，變成角膜。到07年的時(shí)候就可以把基因也打進(jìn)去了。現(xiàn)在我可以打印了一些肌肉、血管、心肌組織，心肌組織還能夠跳動(dòng)。
細(xì)胞是非常脆弱的，它的存活、發(fā)育、產(chǎn)生各種變異的可能性都是未知數(shù)，這是個(gè)難關(guān)。打印的時(shí)候有多種噴頭，五種細(xì)胞五個(gè)噴頭不能打錯(cuò)，高精度、多噴頭嚴(yán)格的按照計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)打印出來。所以在打印的時(shí)候先要進(jìn)行設(shè)計(jì)，將含有細(xì)胞的生物墨水在生物紙上打印，最后讓它在生物反應(yīng)器里面慢慢繁殖、生長(zhǎng)，最后長(zhǎng)出一個(gè)組織來，這個(gè)就是一個(gè)打印的過程。
生物模型里面是細(xì)胞微球，一個(gè)微球里面有很多的細(xì)胞。這些微球可以兩個(gè)兩個(gè)拼在一起，可以五個(gè)五個(gè)拼在一起，也可以展開。這個(gè)是一個(gè)非常有意思的過程，兩個(gè)細(xì)胞碰在一起后77分鐘就已經(jīng)連在一起了，到333分鐘的時(shí)候變成一個(gè)很鈍的啞鈴形。最后很多細(xì)胞堆起來，變成可能是血管，可能是神經(jīng)。
有人能打出一塊肝組織，這塊肝組織在藥物試驗(yàn)上大有用武之地。目前，很多的藥需經(jīng)過大量的動(dòng)物試驗(yàn)，再經(jīng)過臨床觀察。如果要觀察一萬個(gè)病人的肝臟，要一萬個(gè)病人寫知情同意書，要給補(bǔ)貼，費(fèi)用就需要幾個(gè)億。如果培養(yǎng)一塊肝組織就可以代替人類，可這個(gè)價(jià)格要比做臨床便宜多了。依此類推，可以打印腦組織等，這樣每一個(gè)藥物研究都可以節(jié)省上億美元的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
最重要的還是，現(xiàn)在每年有大量的人在等待肝移植、腎移植、角膜移植，真正拿到到肝腎的僅為1%，99%的病患都在等著，需求量越來越高，供應(yīng)量一直是低的，差距越來越大。而3D打印給了我們一線光明，能不能解決？目前，有人已經(jīng)捧出了一個(gè)腎臟，實(shí)際上這個(gè)腎臟樣子像，但是它還不能用。
3D打印一開始的時(shí)候首先難在打印機(jī)，這個(gè)打印機(jī)很難設(shè)計(jì)，而且很貴。但是就像做基因測(cè)序一樣，最早的時(shí)候，用十幾年測(cè)了一個(gè)人，現(xiàn)在測(cè)一個(gè)人只需要兩個(gè)小時(shí)。本來用了13億美元測(cè)一個(gè)人，現(xiàn)在測(cè)一個(gè)人只要兩千美元，估計(jì)兩年之后只要兩百美元，有朝一日，估計(jì)測(cè)一個(gè)人只要二十美元測(cè)一個(gè)人的全基因。所以有朝一日3D打印得到突破。現(xiàn)在可能需要打印各種各樣的細(xì)胞，但有人發(fā)現(xiàn)一種細(xì)胞，它是靜止?fàn)顟B(tài)的，只要一激活，就可以變成肝細(xì)胞、腎細(xì)胞。這樣3D打印機(jī)就不需要五個(gè)噴頭，只要一個(gè)噴頭，外加生長(zhǎng)因子就行了。
像目前的藥片，病人可能每天需要吃各種各樣的藥。如果用3D打印來制造，第一層先溶解的是什么藥，第二層是什么，第三層是什么，所有要吃的藥，一個(gè)藥片就包含，這就是一個(gè)很好的應(yīng)用。
說到底，3D打印對(duì)于我們?cè)偕t(yī)學(xué)的發(fā)展有非常深遠(yuǎn)的意義。它可能在未來幾年未來幾十年，完全改變?cè)偕t(yī)學(xué)的現(xiàn)狀。
記者對(duì)話戴尅戎：
您談到3D打印在醫(yī)療上有四個(gè)層面得應(yīng)用，那么您目前所做的工作集中在哪一塊呢？
3D打印技術(shù)的出現(xiàn)給我們醫(yī)療器械和醫(yī)療植入物的發(fā)展帶來了一個(gè)很光明的前景，3它的的確確在為減輕許多病人的痛苦合挽救病人的生命方面能夠起到過去其他的醫(yī)療器械和材料所不能獲得的一個(gè)良好的醫(yī)療效果。我們現(xiàn)在所做的更多的工作更多的是剛才講的第二個(gè)部分，給病人做一個(gè)個(gè)性化的精準(zhǔn)的假體，像關(guān)節(jié)、骨頭，移植到病人身上以彌補(bǔ)他本來?yè)p壞的部件，這個(gè)最早在上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)在臨床方面實(shí)現(xiàn)了，但直接用3D打印出來的金屬假體在最近兩年才出來。
最近幾年，在您與3D打印相接觸的過程中最明顯的感觸是什么？
最近這幾年，我能明顯感覺到關(guān)心這個(gè)事情的人多了，想要投入、實(shí)踐和研究的人多了。政府也開始關(guān)心3D打印，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，投入資金給予支持，其次，食品藥品管理局開始來醫(yī)院和企業(yè)調(diào)研，研究怎么讓3D打印走向正軌，怎么在有統(tǒng)治、有質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上讓3D打印去為人民服務(wù)。
我們需要各個(gè)領(lǐng)域的人齊頭并進(jìn)一起來把3D打印更好地應(yīng)用于醫(yī)療，今后3D打印肯定還會(huì)出現(xiàn)一些知識(shí)產(chǎn)權(quán)、仿用盜用、違規(guī)不合法的等問題，一連串所謂法律法規(guī)需要重視的事情，這些問題也應(yīng)該得到相應(yīng)的解決。
醫(yī)療3D打印明年會(huì)出現(xiàn)什么樣的趨勢(shì)？
2016年，醫(yī)療3D打印可能會(huì)出臺(tái)一些最基本的規(guī)則，這要由國(guó)家或者地方的食品藥品監(jiān)督機(jī)構(gòu)來發(fā)布，要出臺(tái)一些常規(guī)規(guī)范供醫(yī)院和3打印企業(yè)去遵循，這個(gè)是肯定的。另外非常期待的是我們國(guó)產(chǎn)的3D打印機(jī)和國(guó)產(chǎn)的材料更多的在市場(chǎng)上銷售，并且能夠逐步取代一些進(jìn)口產(chǎn)品，這樣我國(guó)醫(yī)療3D打印才有可能更健康地發(fā)展。
(責(zé)任編輯：admin)
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