生物3D打印技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用淺析

　　近年來(lái)，3D打印技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展得如火如荼，甚至影響到了全球制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局和發(fā)展。與此同時(shí)，我國的3D打印業(yè)也開(kāi)始進(jìn)入了高度活躍的時(shí)期。生物3D打印是3D打印技術(shù)中獨特的一個(gè)分支，是由3D打印技術(shù)與醫學(xué)、生物材料、計算機技術(shù)相結合的新技術(shù)，可以針對患者特定的解剖結構、生理功能和治療需求，制造人工植入物、組織器官和醫療器械等生物醫學(xué)產(chǎn)品。生物3D打印技術(shù)所具有的快速性、準確性及擅長(cháng)制作復雜形狀實(shí)體的特性使它在醫學(xué)領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。下面筆者將簡(jiǎn)要介紹一下目前生物3D打印技術(shù)在醫學(xué)領(lǐng)域的幾種應用形式：

　　一、基于生物3D打印的人工組織器官制造

　　人工組織器官的3D打印包括對組織器官解剖結構的重建和優(yōu)化設計、細胞3D打印技術(shù)、打印組織器官的培養和功能誘導。其中是細胞3D打印技術(shù)是目前研究的核心。建立在離散制造和組織工程理論上的細胞3D打印，是在組織器官解剖學(xué)數字模型驅動(dòng)下，定位裝配活細胞單元，制造組織或器官前體的新技術(shù)。細胞3D打印是目前快速制造領(lǐng)域研究的最前沿之一，是目前制造人工器官最被看好的技術(shù)，已經(jīng)在生命科學(xué)基礎研究、臨床醫學(xué)和藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域顯示巨大的應用價(jià)值。

　　圖1：3D打印的耳軟骨支架

　　二、基于生物3D打印技術(shù)的藥物開(kāi)發(fā)

　　在藥物研發(fā)領(lǐng)域，高通量藥物篩選技術(shù)（HTS）由于脫離體內的真實(shí)系統環(huán)境，成功率很低，業(yè)界迫切需要建立更仿真機體的3D組織模型來(lái)實(shí)現高內涵篩選（HCS）。細胞3D打印技術(shù)為解決這一問(wèn)題提供了新的理論和技術(shù)。筆者的研究團隊利用細胞3D打印技術(shù)，將脂肪干細胞、內皮和胰島細胞在3D空間內精確組合，形成模擬體內代謝調控結構的模型，顯示能高度仿真能量代謝調控和進(jìn)行高內涵藥物篩選。這一研究顯示和證明了細胞3D打印技術(shù)在機制研究和藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域巨大的應用價(jià)值，特別是和其他技術(shù)結合則其作用將進(jìn)一步放大，如果構建具有功能性組織結構和體內更相似的3D系統，那么將進(jìn)一步推動(dòng)藥物篩選技術(shù)的發(fā)展。

　　圖2基于生物3D打印的代謝綜合癥藥物篩選

　　三、基于生物3D打印的個(gè)性化醫療制造

　　生物3D打印技術(shù)同時(shí)也可應用于制造個(gè)性化的醫療器械制造領(lǐng)域，根據患者實(shí)際情況定制個(gè)性化的醫療器械，以滿(mǎn)足診斷和治療的需求。病人的體型和疾病情況各不相同，目前標準形制的支架、手術(shù)導板、假體、鋼板等植入或非植入性醫療器械只能契合標準型患者臨床需求，其余患者則達不到最佳治療效果。所以對患者需求的組織修復體及手術(shù)器械等進(jìn)行個(gè)性化設計和加工就顯得非常重要。傳統的制造方式很難保證低成本獲取與病人完全相符的生物醫學(xué)用品。醫學(xué)信息技術(shù)和生物三維打印技術(shù)結合可以圍繞患者，短時(shí)間、低成本定制個(gè)性化醫療器械，達到最佳治療效果。生物3D打印技術(shù)在個(gè)性化手術(shù)器械、基于器官模型的術(shù)前模擬、術(shù)中種植與切割導板等中可以廣泛的應用，也能夠制作各類(lèi)對形狀和功能有個(gè)性化需求的植入物，從而實(shí)現了診斷手術(shù)治療流程的數字化、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò )化，這是對傳統生物醫用零件產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的根本性改變。

　　圖3手術(shù)模型、個(gè)性化植入物、康復輔具、醫療器械等