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3D打印人体器官离我们有多远?

时间:2014-06-23 11:19:45  来源:  作者:

 摘要:在推动医疗水平实现质的飞跃上,3D生物打印被寄予厚望。但至今尚未到3D打印器官移植的阶段,这是因为生命无小事。3D打印耳朵、膀胱和心脏等都是在实验室里,在植入人体前还要做大量实验、积累并分析大量的数据。

正文
                      
                                       研究者正在修正内脏模型的结构
    科学家在实验室打印出了耳朵、鼻子、心脏、肝脏和膀胱,而等待肝脏、肾脏等人体器官移植的患者占总数的90%以上,很多人在等待中病逝。在推动医疗水平实现质的飞跃上,3D生物打印被寄予厚望。3D打印人体器官离我们到底还有多远?新华社记者在2014世界3D技术产业大会上进行了调查。
  医疗已应用3D打印技术只是“皮毛”
  北京工业大学激光工程学院教授陈继民说,3D打印技术在医疗领域应用可分为三个层次,离人体越近的应用难度越大,离人体远一点的相对简单,比较容易实现。第一层是人体外应用。例如,利用3D打印机可将CT、MR的二维图像生成三维图像和模型,大夫分析病情时更直观,也能帮助他们术前分析和规划,降低手术风险。
  解放军总医院全军骨科研究所副主任彭江说,如果做S型的脊柱侧弯手术,可以利用3D打印机打印一个模型,分析问题能纠正到什么程度。3D打印技术应用于手术指导很早就有了,技术上比较成熟,产品审批也相对简单,因此靠市场自身推广作用就可以了。但软组织模型只能用于培训和手术预演,做手术要看具体情况。
  陈继民说,第二层离人体更近一步,是一些医疗辅助工具。例如,种植牙时为了种得比较准确,可以利用3D打印技术将患者的牙齿模型打印出来,先用计算机模拟种牙的位置、角度和深度,再打印出“导板”,有了“导板”牙齿就能非常准确地植进去。
   “第三层,即植入人体内的组织、支架、骨骼和器官,这一层的应用就需要很高的技术含量,就目前来说距应用还有一定的距离。”陈继民说。
  记者采访了解到,目前医疗领域应用3D打印技术除了用于术前指导,比较常见的还有在骨折治疗中订制个性化钢板。这并不能起到避免排异的效果,只是钢板形状更好,方向更匹配,更好固定。医疗辅助工具和人体组织、器官的3D打印技术应用,还在临床试验或基础研究阶段,医疗已应用3D打印技术仅是“皮毛”。
  部分业内专家指出,如果说3D打印技术是皇冠,那3D生物打印技术就是皇冠上的明珠,而且市场潜力巨大。美国每年治疗人体组织缺损或坏死的手术达800万台,折合费用4000亿美元。
  3D打印人体器官应用难在何处?
  美国德雷塞尔大学教授、中国3D打印技术产业联盟副理事长周功耀说:“我在上世纪90年代就开始接触3D生物打印,发展了几十年,至今尚未到3D打印器官移植的阶段,这是因为生命无小事。3D打印耳朵、膀胱和心脏等都是在实验室里,在植入人体前还要做大量实验、积累并分析大量的数据,不断改进,要做的事情还很多很多。”
  周功耀认为,3D打印的部分器官等可能在已知科学范畴内没有问题,但生物技术领域还有很多人类不掌握、没有探究到的信息。即使人工器官在体外功能正常,一旦植入体内,是否能运作、是否产生毒素以及有哪些副作用都不得而知。
  “人体系统非常复杂,万不得已,不能用有限技术制成的器官去对接无限复杂的人体系统。生命是第一大事,也是3D生物打印发展的第一大困难。”周功耀说,“但3D生物打印的一些前瞻性研究和个体实例出现是好事,将最终促成技术和产品的成功。”
  记者了解到,在骨科医疗领域,3D打印技术用于颅骨修复已经实现,而且部分医院临床实践获得成功,但3D打印人工关节还存在技术瓶颈。
   北京大学第三医院教授余家阔说,3D打印在人工关节领域有巨大的市场潜力,我国每年膝关节置换手术就有8万台至10万台。3D打印人工关节需要耐磨度高、结实、表面光洁度高,达到这些要求最亟须突破的就是以超高分子量聚乙烯为原料的3D打印技术。
  记者了解到,超高分子量聚乙烯是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料,用于人工关节中间。这种材料耐磨性好,对上下两层金属起到承上启下的作用,但其熔点高、黏度大,因此3D打印技术门槛较高。
  3D打印人体器官还要等多久?
  周功耀表示,利用细胞3D打印技术进行器官移植一般有两种方式。以肝脏为例,一种是先将患者肝脏形状扫描下来,用生物材料做成支架放入体内,再将细胞植入上去,体内环境和营养液充足的情况下,长出肝脏;另一种是在体外直接打印肝脏,直接移植到患者体内。第二种更为科学和理想一些,但还有很长的路要走,保守估计需要20年至30年。
  “医疗领域的3D打印技术应用是很好的发展方向,在发展过程中可能会出现奇迹,促使其大踏步前进,缩短应用周期。但人命关天,不可操之过急,要将研究、实验等工作做扎实。”周功耀说。
  有业内专家指出,在3D打印人体器官研究上,不妨先从器官的营养支持系统做起。因为器官的营养吸收和排泄正是其在体内逐渐修复、适应和代替旧器官的过程,如果能先构建和研究清楚器官的支持系统,将降低器官植入人体后的排异反应和相关风险。
  此外,细胞过于“娇嫩”的特性是3D生物打印的一大技术难点。一位业内专家建议,可先将细胞构建为组织,变成直径200微米的微球,再利用3D打印机打印时,单个“细胞”被保护了起来,它不再那么“娇嫩”,可降低受环境影响而死亡的可能性。
  斯洛文尼亚马里博尔大学教授德斯温斯克认为,3D生物打印应尽快开展机械、软件、生物和医学领域的跨学科研究与合作。
  彭江表示,二三十年后,3D打印器官技术真正成熟时,3D打印器官移植一定是高端消费,因为整个研发、细胞培养等一系列的成本非常高。等到实现规模化生产时,成本会有所降低。另外,要降低成本就一定要拿到原创性的核心技术,模仿没有出路。
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