3D打印病人器官模型的技術(shù)已普遍用于骨科、心臟外科、神經(jīng)外科等科室的手術(shù)規(guī)劃中，1：1的器官模型清晰地將病人的解剖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給醫(yī)生，一定程度上幫助醫(yī)生提高復(fù)雜手術(shù)的成功率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

在南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院數(shù)字骨科中心，通過CT、核磁共振（MRI）等掃描技術(shù)，一層一層掃描病人變形或者缺損的骨關(guān)節(jié)，再在電腦上利用分析軟件將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成一個(gè)立體模型，然后再連接3D打印機(jī)。通過設(shè)定相應(yīng)程序，3D打印機(jī)就會(huì)“吭哧吭哧”地打印出一個(gè)逼真的骨骼實(shí)物模型。

如今，在深圳，這種3D打印病人器官模型的技術(shù)已普遍用于骨科、心臟外科、神經(jīng)外科等科室的手術(shù)規(guī)劃中，1：1的器官模型清晰地將病人的解剖結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給醫(yī)生，一定程度上幫助醫(yī)生提高復(fù)雜手術(shù)的成功率、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

盡管業(yè)內(nèi)人士表示，目前，我國(guó)醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)跟國(guó)外幾乎同步，個(gè)別的領(lǐng)域可能還要超過他們。但是，從目前科研和臨床應(yīng)用來看，我國(guó)醫(yī)學(xué)3D打印仍處于打印無生命的器官模型和骨骼內(nèi)植物階段，3D生物打印人體組織和器官又還有很長(zhǎng)的路要走。

8月14日，廣東省醫(yī)學(xué)3D打印應(yīng)用轉(zhuǎn)化工程技術(shù)研究中心落戶南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院，并成立臨床基地，這意味著3D打印技術(shù)在臨床上的應(yīng)用轉(zhuǎn)化正在快速發(fā)展。在深圳，3D打印在臨床上和研發(fā)上有哪些新進(jìn)展？又還有哪些短板呢？近日，記者走進(jìn)醫(yī)院和企業(yè)，與業(yè)內(nèi)人士共同探討深圳醫(yī)學(xué)3D打印的未來發(fā)展。

現(xiàn)狀

已臨床應(yīng)用于外科、口腔科等

3D打印幫助醫(yī)生突破醫(yī)療禁區(qū)

走進(jìn)南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院“數(shù)字外科3D打印中心”，3臺(tái)體型小但功能強(qiáng)大的3D打印機(jī)整齊排列在桌上，旁邊還擺放著幾個(gè)已打印好的骨骼實(shí)物模型樣品。南方醫(yī)科大學(xué)深圳骨科主任桑宏勛團(tuán)隊(duì)通過打印出來的實(shí)物模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨骼受損部位、移位程度及走向的清晰掌握，依此了解病人的病情，并計(jì)劃手術(shù)方案，從而將3D打印技術(shù)成功應(yīng)用到骨折、骨科修復(fù)和畸形矯正手術(shù)中。

“如果病人的骨關(guān)節(jié)嚴(yán)重缺損，按照以前的方法，可能沒有辦法手術(shù)或者要把關(guān)節(jié)全部換掉。但如今借助3D打印技術(shù)協(xié)助，可以實(shí)現(xiàn)缺損多少，就移植多少，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)醫(yī)療，還可以降低手術(shù)中意外情況發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。”桑宏勛告訴記者。如今在3D打印技術(shù)協(xié)助下，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成700多例骨科手術(shù)，其中五分之一是疑難病例，包括高危的頸椎、胸椎疾病和先天性脊柱畸形等。

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)高難度大的手術(shù)，術(shù)前規(guī)劃非常重要。傳統(tǒng)上，通過CT、核磁共振（MRI）等影像設(shè)備獲取患者真實(shí)的數(shù)據(jù)，是醫(yī)生手術(shù)規(guī)劃的基礎(chǔ)，但得到的醫(yī)學(xué)影像是二維的。如今，利用分析軟件可以將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成逼真的三維數(shù)據(jù)，3D打印機(jī)可以將三維模型直接打印出來，既可輔助醫(yī)生進(jìn)行精準(zhǔn)的手術(shù)規(guī)劃、提升手術(shù)的成功率，又方便醫(yī)生與患者就手術(shù)方案進(jìn)行直觀的溝通。此外，即使在治療失敗后，3D打印也可以為醫(yī)患雙方提供可溯源的依據(jù)。

今年7月，桑宏勛接診了一位70多歲的張老先生。由于頸椎痛得厲害，張老先生連吃飯、刷牙等事情都做不了，也走不了路，只能用輪椅代步。CT顯示，張先生椎管狹窄嚴(yán)重，7節(jié)頸椎中有6節(jié)椎管發(fā)生了病變，椎管狹窄壓迫頸動(dòng)脈狹窄，導(dǎo)致他失去正?；顒?dòng)能力?！皞鹘y(tǒng)方法可以選擇前路或者后路的方式進(jìn)行手術(shù)，但術(shù)中要把變狹窄的椎管擴(kuò)充到多大，怎么去擴(kuò)，都只能全憑主刀醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，連助手、護(hù)士等都不知道怎么去做這個(gè)手術(shù)，病人對(duì)于醫(yī)生的手術(shù)方案和效果也不會(huì)很清楚?！鄙：陝渍f。而在給張老先生做手術(shù)的時(shí)候，他先用3D打印技術(shù)，打出病人1：1的頸椎模型，通過模型，清楚地知道病人椎管狹窄的程度，然后跟手術(shù)團(tuán)隊(duì)成員一起制定手術(shù)方案，規(guī)劃把椎管擴(kuò)張的范圍、擴(kuò)張的地方和部位，以及螺釘要植入的方向和部位等，手術(shù)中再配備導(dǎo)航板進(jìn)行操作，最后手術(shù)很成功。術(shù)后一周，張老先生就可以站起來了。

有著20多年脊柱外科臨床經(jīng)驗(yàn)，并在國(guó)內(nèi)率先開展脊柱機(jī)器人手術(shù)和數(shù)字骨科手術(shù)的桑宏勛，十分看好3D打印技術(shù)在骨科等外科領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景?！?D打印在術(shù)前規(guī)劃、術(shù)前教學(xué)、術(shù)中的導(dǎo)航和導(dǎo)板以及術(shù)后評(píng)估中發(fā)揮重要作用?！鄙：陝渍f，3D打印與臨床結(jié)合，使得臨床手術(shù)更加精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)量體裁衣，度身定做，解決了許多臨床上的各種難題。

目前，在臨床上，深圳不少醫(yī)院已經(jīng)應(yīng)用或正在開展臨床試驗(yàn)的技術(shù)包括生理、病理模型3D打印，個(gè)性化導(dǎo)航導(dǎo)板3D打印、個(gè)性化植入物打印等。其中，深圳艾科賽龍科技有限公司自主研發(fā)的個(gè)性化導(dǎo)航導(dǎo)板3D打印已通過廣東省3類臨床醫(yī)療器械準(zhǔn)入的審批，這也是我國(guó)被批準(zhǔn)臨床應(yīng)用的首個(gè)3D打印個(gè)性化導(dǎo)航導(dǎo)板，進(jìn)一步推動(dòng)了3D打印技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。

醫(yī)療借助于3D打印技術(shù)，正帶來醫(yī)療領(lǐng)域的巨大變革。如今，南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院數(shù)字外科3D打印中心，3D打印技術(shù)應(yīng)用到頜面外科、整形燒傷科、口腔科等臨床上。南醫(yī)大深圳醫(yī)院燒傷整形科主任朱雄翔告訴記者，在燒傷整形領(lǐng)域，3D打印已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了器官再造和修復(fù)重建。對(duì)于一些先天性缺耳的病人，醫(yī)生以3D打印的耳朵模型為對(duì)照，取自體肋部的軟骨“雕”成跟另一只幾乎一致的耳朵，并植入皮膚下，等軟骨與皮瓣長(zhǎng)成一體，再行移植手術(shù)，把新長(zhǎng)出的耳朵移植到耳朵缺損位置，實(shí)現(xiàn)耳朵再造。2015年，港大深圳醫(yī)院整形外科團(tuán)隊(duì)就實(shí)施了深圳首例以3D打印輔助的耳廓塑型的再造手術(shù)，幫助一位右耳廓先天發(fā)育不全9歲女孩“長(zhǎng)”出新耳朵。

進(jìn)展

3D打印人體植入物已獲應(yīng)用

升級(jí)版可以實(shí)現(xiàn)“私人定制”

一個(gè)人的骨骼因?yàn)槭軅钦刍蛞驗(yàn)椴∽兪艿狡茐闹?，醫(yī)學(xué)上采用的最基本的治療方法就是讓骨折斷端復(fù)位，然后等待其自然愈合。如果因?yàn)楣琴|(zhì)破壞造成了骨缺損，則在缺損區(qū)進(jìn)行植骨，即填充從病人自身相對(duì)不重要部位切取的自體骨，然后等待其長(zhǎng)成一體，這種形式被稱為骨融合。骨折的愈合時(shí)間一般為3個(gè)月，如果存在骨缺損，需要植骨填充，以達(dá)到骨融合的目的，所需時(shí)間往往會(huì)更長(zhǎng)。

然而，在臨床上，有一些骨腫瘤病人，因?yàn)楣趋阑蛘哧P(guān)節(jié)被腫瘤侵襲嚴(yán)重，手術(shù)中若造成大面積的骨缺損或者截骨，就不得不植入假體。

目前，以鈦合金為主要材料的金屬植入物在臨床上應(yīng)用最廣泛。深圳艾科賽龍科技有限公司創(chuàng)始人趙小文告訴記者，國(guó)際上，美國(guó)FDA近年來已經(jīng)批準(zhǔn)上市了86個(gè)3D打印植入物產(chǎn)品，大部分是脊柱植入物。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)注冊(cè)的3D打印人體植入物僅有兩項(xiàng)，分別是2015年獲批的“3D打印人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品”和2016年5月獲批的“金屬3D打印內(nèi)植物——人工椎體”。

不過，目前金屬3D打印的人工髖關(guān)節(jié)和人工椎體在臨床上還沒有大量應(yīng)用?！斑@些產(chǎn)品只能應(yīng)用于個(gè)別的惡性腫瘤病人，而且要通過醫(yī)院倫理委員會(huì)的審批，還要看植入體對(duì)病人有沒有影響，加上還沒有收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，臨床使用還很少?！鄙：陝渍f。

對(duì)于臨床醫(yī)生來說，目前的3D打印植入物還有一個(gè)不足，就是產(chǎn)品的“標(biāo)準(zhǔn)化”，還不適合個(gè)體化的病人?！耙?yàn)槟壳芭鷾?zhǔn)的人工髖關(guān)節(jié)和人工椎體的打印只能批量生產(chǎn)，并不能個(gè)性化定制，所有都是‘標(biāo)準(zhǔn)化’產(chǎn)品，都是‘均碼’?！壁w小文說，而由于骨科病人的病情不一樣，骨缺損或者截骨的位置不一樣，植入的假體也要“個(gè)性化定制”。

在趙小文的辦公桌上，有一小段的鈦合金3D打印脊椎，這是一個(gè)脊柱腫瘤病人一節(jié)脊椎1：1的模型。這個(gè)病例來自于艾科賽龍與北京一家醫(yī)院正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)，患者于今年7月進(jìn)行了手術(shù)，手術(shù)切除腫瘤的時(shí)候，同時(shí)切除了一節(jié)被腫瘤“吃”掉了的脊椎。少了一節(jié)脊椎，下一步如何恢復(fù)脊椎結(jié)構(gòu)、保護(hù)脊髓，讓病人回歸正常生活，對(duì)臨床是一個(gè)挑戰(zhàn)。于是，臨床醫(yī)生精心研究患者的病情后，依據(jù)其解剖結(jié)構(gòu)，利用金屬3D打印技術(shù)為他“量身定制”了一節(jié)人工脊椎，這段“私人定制”的內(nèi)植物形態(tài)、大小、曲度與患者原本的脊椎完全契合，上面還有海綿一樣的微孔，類似于人體骨骼結(jié)構(gòu)中的骨小梁，可以幫助病人的脊柱恢復(fù)正常功能。

這款個(gè)體化的鈦合金3D打印植入物是艾科賽龍正在研發(fā)的一款新產(chǎn)品，與已經(jīng)批準(zhǔn)的金屬3D打印內(nèi)植物產(chǎn)品不同的是，該產(chǎn)品屬于個(gè)性化的產(chǎn)品，“一人一款”。在艾科賽龍公司的展示柜里，記者發(fā)現(xiàn)這款鈦合金3D打印植入物不僅可以修復(fù)脊柱，還可以修復(fù)腦顱、頜面骨、胸骨等部位。趙小文透露，從2014年開始，該公司已經(jīng)與第四軍醫(yī)大、南方醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院、深圳市第二人民醫(yī)院等國(guó)內(nèi)近10家機(jī)構(gòu)完成50多例的臨床試驗(yàn)，“相對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，個(gè)性化的3D打印植入物更科學(xué)，更能解決臨床上的疑難問題?！壁w小文說。目前，艾科賽龍正準(zhǔn)備向國(guó)家食藥監(jiān)管總局申報(bào)注冊(cè)該產(chǎn)品。

未來

生物打印是未來挑戰(zhàn)

打印人工器官不是夢(mèng)

從器官?gòu)?fù)制品模型到個(gè)性化的金屬植入物，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)也不斷“升級(jí)”。但是，目前醫(yī)學(xué)3D打印的產(chǎn)品仍處在無生命階段，比如定制化假肢、牙齒、手術(shù)模型、骨科植入物等，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上，任何植入物的使用壽命只有20年，這也意味著，骨科病人在植入金屬3D打印的植入物20年后，還需要進(jìn)行二次手術(shù)再植入。那么，組織器官等有生命的3D打印產(chǎn)品又什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)呢？

深圳市精準(zhǔn)醫(yī)療協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、深圳德智達(dá)科技有限公司首席執(zhí)行官劉春告訴記者，目前使用PEEK（聚醚醚酮）、金屬等非活性組織材料打印的牙齒、手術(shù)模型，骨科植入物等醫(yī)療器械都屬于“初級(jí)階梯”，而打印血管、軟骨組織這類單一的活體組織屬于“中級(jí)階梯”，3D打印的人工肝臟、心臟等人工器官則屬于“頂級(jí)階梯”。后面兩個(gè)階段屬于生物3D打印階段，目前還處于科學(xué)研究階段。

“從全球范圍來看，我國(guó)的醫(yī)學(xué)3D打印跟國(guó)外幾乎同步，個(gè)別的領(lǐng)域可能還要超過他們。”趙小文說，但是有一個(gè)問題，中國(guó)的生物3D打印技術(shù)由于基礎(chǔ)研究比較薄弱，包括在這方面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)比較少，這將阻礙我國(guó)生物3D打印技術(shù)的發(fā)展。

“無論是3D打印血管、軟骨組織，還是肝臟、心臟，其核心是人體組織器官結(jié)構(gòu)形態(tài)及功能的解析和重建，這是生物3D打印的關(guān)鍵?！壁w小文說。在構(gòu)建一個(gè)組織的時(shí)候，首先要知道這種組織所使用的材料是什么，或者是有什么樣生物可降解的材料，植入人體以后，它能夠保證器官的生長(zhǎng)，同時(shí)能在身體里面保證這種相容性，與其他的組織之間的相互關(guān)系能保持得非常融洽，同時(shí)它又能降解，比如說降解成水被人體充分吸收等。

在構(gòu)建的時(shí)候必須先對(duì)組織和器官有清晰的解析。比如說要做一個(gè)有活性的骨骼，人體從頭到腳的骨骼結(jié)構(gòu)其實(shí)是不一樣的，有些是防止外界的撞擊，起到對(duì)內(nèi)部組織的保護(hù)，有些需要產(chǎn)生血細(xì)胞、紅細(xì)胞等。由于它的功能不一樣，骨從頭到腳的結(jié)構(gòu)也是不一樣的，它的細(xì)胞組織也是不一樣的。了解了人體的從頭到腳骨骼的結(jié)構(gòu)以后，就要想辦法把它構(gòu)建出來，仿生出來，為細(xì)胞在里面的生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)良好的條件，這樣細(xì)胞才能在里面進(jìn)行擴(kuò)增、代謝、遷移，然后生成相關(guān)的組織。然后3D打印出來的東西，在體外進(jìn)行培養(yǎng)后，再植入人體以后，細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)，這種結(jié)構(gòu)在滿足細(xì)胞生長(zhǎng)的前提下，會(huì)一步一步地降解，修復(fù)人體內(nèi)缺損的骨骼，并與體內(nèi)骨骼融合在一起。

生物3D打印技術(shù)，在人工組織、器官培養(yǎng)過程中更多承擔(dān)了三維形狀的構(gòu)建，即讓人體細(xì)胞按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的形狀來生長(zhǎng)。因此人造器官、組織的發(fā)展更大程度上取決于用量化的數(shù)據(jù)來解析和構(gòu)建人體組織器官，只有解析和構(gòu)建好的人體組織器官的結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能，才能“激活”組織和器官。而恰恰這一點(diǎn)，是目前我國(guó)基礎(chǔ)研究的薄弱環(huán)節(jié)?！昂芏嗳擞X得是生物材料會(huì)影響組織和器官的打印，事實(shí)上，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有材料和設(shè)備已經(jīng)滿足生物3D打印技術(shù)，瓶頸不在于材料，而在于對(duì)具體的組織器官?zèng)]有量化?！壁w小文說，要推動(dòng)深圳生物3D打印的發(fā)展，必須要加快生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究，補(bǔ)足科研短板。

培育3D打印器官是取代捐獻(xiàn)器官移植的另一重要方法，其之所以久久未能實(shí)現(xiàn)植入人體的零的突破，一方面是由于基礎(chǔ)研究和技術(shù)不夠成熟，很多產(chǎn)品只模仿了結(jié)構(gòu)而不具備功能，另一方面便是未能解決排異問題，以及將產(chǎn)生的法律和倫理上的一些問題。在采訪中，幾位臨床和產(chǎn)業(yè)界人士都表示，3D打印“活”的組織和器官還有很長(zhǎng)一段時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，不過，目前國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們正在加快生物3D打印技術(shù)的研究。