3D打印技术在医疗上的实际应用与实验室研究

2018-01-17 Chris 免费3D打印模型资源站

预计阅读时间：5-10分钟

关键字：3D打印髋关节、脊柱置换产品，3D打印技术辅助精准截骨，义齿，生物墨水（BioInk），干细胞

 

随着“国内3D打印第一股”爱康医疗登陆港股，3D打印概念再度火爆。无论是该企业的3D打印髋关节、脊柱置换产品^【1】，还是华曙高科的3D打印技术辅助精准截骨^【2】、义齿生产以及工业应用^【3】，皆显示出相关市场的需求以及新科技带来的福祉。作为入门条件最为严苛的医疗行业，都开始接纳并且一定规模的使用3D产品及其材料，这说明3D打印技术在工业制造业、日常消费品等其他领域早已遍地开花。

那么目前具体有哪些医疗应用呢？

1，比如爱康医疗的3D打印髋关节、脊柱置换产品，下图就是缺损的脊柱用3D打印的人工椎体（下右）置换。

3D ACT人工椎体系统弥补了传统钛网类产品的应用不足，在骨与植入物的融合、避免椎体终板塌陷、组织结构重建等方面具有显着优势，更加符合人体力学和生理结构，术后骨愈合能力佳，发生并发症的几率大大降低。

2，华曙高科的全国首例3D打印脊柱导板截骨手术。

通过扫描的结果合成的椎骨三维模型，可用3D打印制作个性化截骨导板，在做到彻底、精准切除肿瘤的同时，为患者保留关节。那么对于一个难度十分高的手术，医疗团队可以通过这一模型进行精准的术前准备，使之实际应用于骨肉瘤手术中获得成功。

3，还有一项不错的产品应用，那就是3D打印牙齿。

"3D打印牙齿最大的特点就是精准。"义齿公司的技术经理介绍，传统义齿制造通常采用手工蜡型加包埋铸造的制造工艺，完全是手工操作，存在品质难控和远期安全隐患等问题。而3D打印无需反复制模，打印出来的误差极小，种植、修复牙齿后的上下颌咬合度非常吻合，不会出现咀嚼使不上劲，更不会出现金属铸造带来的各种气泡沙眼问题，让传统制作方式带来居高不下的内部返工率大大降低。由于3D打印牙齿精密度高，所以医生安装也更容易。病人在安装3D打印牙齿后可获得更高的生物相溶性、密合性，金属离子的析出会大大减少，出现并发症的机率也大大降低。

4，假肢安装。（视频1分钟）

非常抱歉，只能在手机端观看。

5，神经细胞再生。（实验室研究）

密歇根理工大学一个研究团队正在利用3D打印进行神经再生。通过搭建一个母体，培育出具有全部功能的神经细胞，这一设想旨在将这些难以再生的细胞重新植入人体内。密歇根理工大学纳米医学与纳米电子学实验室主管图洛-苏库法参与了该项目，他说这一技术将有助于脊髓损伤病人受伤的神经组织再生。研究人员利用一台桌面打印机大小的3D打印机，以细胞膜质纳米晶体为生物墨水，再添加石墨烯以使其能传递电脉冲，打印出生物骨架。

6，将由干细胞制作的生物墨水培育成大脑皮层^【4】。（实验室研究）

http://www.abc.net.au/news/science/2017-07-26/scientists-create-3d-printed-brain-like-tissue-from-stem-cells/8740794

这项技术可以利用自身的表皮细胞或者血细胞来帮助治疗大脑创伤，对于自身移植来说无非是一件好事，减少类似器官排斥情况。为了制造神经元，Crook博士跟他的同事们用生物墨水打印了一层5毫米的尺寸的孵化图样。（视频42秒）

但是来自富山大学的皮肤工程师Makoto Nakamura认为，这项研究固然是可行而且令人印象深刻的，但是这仍有一定风险。像胚胎干细胞，它们非常有可能会变成畸胎瘤，就像头上长指甲这样的变异，所以确保干细胞能够正常有序的进行转化是非常之重要的。

（3D打印的万能干细胞）

综上所述，在成熟的医疗市场3D打印技术主要应用在不是很复杂的地方，比如性质比较单一的骨头、牙齿等，至于心脏、大脑等非常复杂的人体复杂器官^{【5】【6】}，3D打印仍有很大的距离。

其实就技术上来说，我认为3D打印并不代表着高端制造，而只是个性化制造，因此国内3D企业的成功一定意义上是打破了技术“伪壁垒”，进而获得丰厚回报。就拿爱康医疗来说，2017年上半年收入1.63亿元，毛利1.12亿元，净利润0.5亿元。而3D打印产品仅占总收入的6%，或许3D打印是一个不错的招牌，但剥开企业这层略显华而不实的外衣，能看到爱康医疗“卖健康”的内核，坐享医疗产业特有的暴利。

不论如何，面对如此之大的市场，3D打印无疑都能为企业带来更多的机会与利益，可以见到全世界的3D打印公司似乎都在融资扩张，抢夺市场，即使作为后起跑的中国也从未示弱，相信有朝一日定当赶超。而我们的希冀则十分简单，医疗能够通过科技更好的为大家服务。

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参考：

1， 坐拥“3D打印第一股”头衔，爱康医疗准备赴港上市了http://finance.sina.com.cn/stock/hkstock/hkstocknews/2017-11-22/doc-ifynwhww6076556.shtml

2，湘雅专家采用3D打印技术辅助精准截骨http://www.farsoon.com/yl_detail/productId=69.html

3，华曙高科3D打印助力派瑞义齿实现数字化升级http://www.farsoon.com/yc_detail/productId=70.html

4.     Scientists create 3D-printed brain-like tissuefrom stem cells

http://www.abc.net.au/news/science/2017-07-26/scientists-create-3d-printed-brain-like-tissue-from-stem-cells/8740794

5.     Bioprinting Organs: Researchers Create LessExpensive Bioink Based in 3D Printed Gelatin Hydrogels

https://3dprint.com/187659/bioink-3d-print-hydrogel/

6.     Bio Ink and 3D Printing: The Medical Dream-Team

http://blog.drupa.com/en/bio-ink-and-3d-printing-the-medical-dream-team/