醫(yī)療3D打?。喝蟪晒c五大階梯！

　　數(shù)字化醫(yī)療及精準(zhǔn)醫(yī)療已經(jīng)走過了從探索、研究、科學(xué)實踐的初級階段，到今天全球范圍內(nèi)已經(jīng)開始了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛的、深層次的研究及臨床轉(zhuǎn)化的第二個階段。

　　巨大的臨床數(shù)據(jù)及海量的CT、MRI等影像數(shù)據(jù)為數(shù)字化精準(zhǔn)醫(yī)療奠定了基礎(chǔ)。而3D打印技術(shù)正是基于此，從量化、可視、可控等方面進(jìn)一步研發(fā)，獲得真實的病理仿真及模擬，從而輕松獲得了病理模型，籍此將傳統(tǒng)的兩維度平面的信息，轉(zhuǎn)化為三維實體，進(jìn)一步幫助臨床醫(yī)生量化了其所掌握的經(jīng)驗及技術(shù)。

　　人體替代部件的巨大需求，替代傳統(tǒng)非個體化的植入件的巨大需求以及巨大的市場商機(jī)，是這一技術(shù)發(fā)展的推動力，使得組織工程技術(shù)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和投資界高度關(guān)注的重點行業(yè)。

　　3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的兩個革命性應(yīng)用

　　3D打印的產(chǎn)品有兩類，第一類是無生命3D打印產(chǎn)品，第二類是生物3D打印產(chǎn)品，無論哪一類都需要給予數(shù)據(jù)的挖掘，要把有些具體的東西，比如說細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與基質(zhì)之間的相互作用，它形成了一個什么樣的三維結(jié)構(gòu)，等等，解析出來，使這個重建的三維組織能執(zhí)行更高級的生理功能。那么就必須做一些結(jié)構(gòu)的解析、定量的分析、標(biāo)識、組織構(gòu)建等等一系列的工作，才能將人體的組織跟器官完整的還原。

　　無生命產(chǎn)品的3D打印其實在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用也是非常廣泛的，比如說大家比較熟悉的金屬3D打印，比如說鈦合金的，還有一些不銹鋼的3D打印，他一般可以做成人體的標(biāo)準(zhǔn)的替代部件，比如說植入的螺釘，還有固定的鋼板，還有一些修復(fù)的一些組織，這些都是金屬的，它也是無生命的。

　　無生命產(chǎn)品是最早被認(rèn)知、被應(yīng)用起來的3D打印。比如說，在美國，2014年有一家新的公司上市，它有很多產(chǎn)品已經(jīng)獲得了FDA的一些認(rèn)證;也在2014年年底的時候，中國也開始有相關(guān)的政策出臺;2015年8月份，中國有了一個標(biāo)準(zhǔn)器械的關(guān)于3D打印金屬打印的一個注冊證，這也是中國在3D打印金屬產(chǎn)品方面取得的一些成績和國家政策的一些認(rèn)可。

　　無生命的3D打印產(chǎn)品，做出來的病理模型可以將原來的二維的信息變成三維的信息，原來隱藏在背后的一些信息看不見，現(xiàn)在有了一個病理模型，就可以從各個角度對它進(jìn)行觀察，方便醫(yī)患溝通;此外，無生命的3D打印產(chǎn)品做出來的病理模型，可以方便醫(yī)生將它進(jìn)行量化，做手術(shù)前的模擬演練，比如說粉碎性骨折，創(chuàng)傷面、碎成多少小片、粉末等等，可以在這個模型上看得非常清楚，然后做一些手術(shù)的規(guī)劃，準(zhǔn)備手術(shù)中要使用的器械。還可以提前進(jìn)行方案優(yōu)化，到時候帶進(jìn)手術(shù)室的就不像以前要推好幾車，手術(shù)時間也可以大大縮短，同時可以有把握地手術(shù)。

　　無生命的3D打印有幾項革命性的成果：

　　1、基于三維的解剖結(jié)構(gòu)，可以對將要做的手術(shù)做一些非常精準(zhǔn)的小器械，我們把它叫做手術(shù)導(dǎo)航板。比如說要在患者的脊椎上面打孔，要置螺釘，我們根據(jù)患者的脊椎比如說椎弓根的解剖結(jié)構(gòu)做一個精準(zhǔn)的匹配的一個小的擋板，使得醫(yī)生在術(shù)前做了規(guī)劃以后，手術(shù)中使用這個導(dǎo)航板精準(zhǔn)地將螺釘打入椎弓根，避免傷到脊椎上豐富的血管和神經(jīng)。手術(shù)前做到心中有數(shù)，將醫(yī)生原來頭腦中的經(jīng)驗進(jìn)行量化，做了術(shù)前的演練，手術(shù)的成功率也會大大提高。

　　2、個性化的植入、個性化的定制。比如說有個患者得了結(jié)核性的骨病，骨結(jié)構(gòu)受到了一定的損傷，他已經(jīng)失去了原來的一些骨質(zhì)，在影像當(dāng)中就顯得那塊有一個很大的缺損。他要在手術(shù)中使用一些標(biāo)準(zhǔn)的植入物，比如說做一個關(guān)節(jié)，這種關(guān)節(jié)在使用過程當(dāng)中找不到依靠的地方，找不到固定的地方，找不到位置，通過3D打印就可以做一個精準(zhǔn)的適合這個患者的完整的解剖結(jié)構(gòu)，這個解剖結(jié)構(gòu)完美地與他剩余的組織匹配，從而給下一步的手術(shù)做鋪墊。這種針對組織性缺損的個性化器械的植入，使得有一些無法做的手術(shù)現(xiàn)在有機(jī)會了。有一例非常典型的案例，就是深圳的“鐵肩女”，她是一個骨腫瘤的患者，由于骨腫瘤侵蝕了她肩胛骨的15%的骨質(zhì)，讓醫(yī)生處理起來非常為難。她當(dāng)時有兩個選擇，第一保守治療，她的骨質(zhì)會繼續(xù)流失，到時候可能會造成殘廢甚至危及生命。第二是采用3D打印的技術(shù)，將她骨腫瘤的那塊切掉，不需要完全截肢，再給她制作一個與她周圍組織相匹配的肩胛骨，之后手術(shù)就有可能做了。

　　3、在國外無生命的3D打印也會用在比如說人造器官，在中國，北大三院做過脊椎、骶骨，這些都非常有革命性。

　　生物3D打印產(chǎn)品，相對來說比較陌生。目前生物3D打印產(chǎn)品在國際上的趨勢有幾種：

　　做一些3D打印的生物材料，然后用這些生物材料覆蓋細(xì)胞讓它長一些細(xì)胞。種植一些細(xì)胞，然后把它進(jìn)行培養(yǎng)，做成一種活性組織;

　　生物相容性的材料，還包括生物可降解的材料，復(fù)合上細(xì)胞，同時打印。比如說可以做一個血管，可以做一個脂肪組織等等;

　　還有一種，是直接在人體里面進(jìn)行一些修復(fù)和構(gòu)建，這就是完全基于細(xì)胞的3D打印。

　　對于生物3D打印，國內(nèi)其實也有很多的院校相繼投入了大量的資金、人力、物力在做研究，也取得了一些成績。從國際上來看，中國的生物3D打印跟國外幾乎同步，個別的領(lǐng)域可能還要超過他們，但是有一個問題，中國的這種3D打印的技術(shù)由于基礎(chǔ)的研究比較薄弱，包括在這個上面的相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)比較少，在目前看來好像沒什么問題，可能隨著時間的推遲，隨著時間可能會國外的專利可能會引起一些問題。

　　生物3D打印可能要有很多準(zhǔn)備過程：首先，是對生物材料的選擇;其次，目前市場上現(xiàn)有的打印機(jī)可能還不足以滿足你的要求，可能要對它進(jìn)行底層的改造，甚至自己要重新來做;要非常熟悉組織的結(jié)構(gòu);還要非常清楚和把握對于組織的構(gòu)建。我們所接觸的整個行業(yè)，大家都在從醫(yī)學(xué)的角度去了解它，從細(xì)胞的角度去了解它，而忽視了這種交叉學(xué)科的應(yīng)用。在生物材料以及用數(shù)據(jù)解析人體組織相對來說比較弱，恰恰是這兩點，阻礙了生物3D打印的發(fā)展。

　　在構(gòu)建一個組織的時候，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，它能夠保證骨的生長，同時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，同時它又能降解，比如說降解成水被人體充分吸收。

　　接下來就可以構(gòu)建，如果你要去解析一個組織，比如說要做一個骨骼，人體從頭到腳的骨骼結(jié)構(gòu)其實是不一樣的，有些是防止外界的撞擊，起到對內(nèi)部組織的保護(hù)，有些需要承重，有些需要平衡，有些需要產(chǎn)生血細(xì)胞、紅細(xì)胞等等。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，尤其它的細(xì)胞組織是不一樣的。2015年12月，劍橋、美國的哈佛相繼有革命性的一些研究出來，證實了人的顱骨骨干細(xì)胞來自不同的干細(xì)胞群，與人體的其他骨骼的干細(xì)胞群是截然不同的。

　　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)胞在里面的生長創(chuàng)造一個良好的條件，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。然后做出來的東西，植入人體以后，細(xì)胞繼續(xù)生長，這種結(jié)構(gòu)在滿足細(xì)胞生長的前提下，會一步一步地降解，人體中壞死的或者由于手術(shù)切除以后缺損的組織就會得到修復(fù)。

　　細(xì)胞、基因測序、基因編輯、生物的3D打印，這些其實都是息息相關(guān)的。為什么這么說呢?如果要構(gòu)建一個完整的骨骼，然后讓細(xì)胞在上面去擴(kuò)增，把它發(fā)育成完整的骨骼結(jié)構(gòu)，這種細(xì)胞首先要比較健康，也就是種子細(xì)胞要比較健康。如何才能做一個完整的健康的種子細(xì)胞呢?你要進(jìn)行測序，對細(xì)胞進(jìn)行編輯，去除掉一些病毒性、影響到免疫的、排異性的東西，對它進(jìn)行編輯，把相關(guān)的東西摘除掉在體外進(jìn)行培養(yǎng)，這種種子細(xì)胞液就是健康的。

　　同時由于細(xì)胞在體外的培養(yǎng)和體內(nèi)還是截然不同的，體內(nèi)的環(huán)境更復(fù)雜，除了人體本身的基質(zhì)以外，還受到你飲食、環(huán)境、甚至情緒的影響，隨時讓細(xì)胞的生長環(huán)境產(chǎn)生一些變化，使得基質(zhì)的濃度，或者其他的代謝物、生長因子等等發(fā)生相關(guān)的變化。而在體外進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)其實相對來說比較可控，它有標(biāo)準(zhǔn)的基質(zhì)，它可以實時受到控制，對它進(jìn)行添加，對它的排泄物進(jìn)行清除等等，使得細(xì)胞在體外培養(yǎng)、擴(kuò)增的時候，能得到一個非常良好的環(huán)境。