生物3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用淺析

　　近年來，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，我國的3D打印業(yè)也開始進(jìn)入了高度活躍的時期。生物3D打印是3D打印技術(shù)中獨(dú)特的一個分支，是由3D打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)、生物材料、計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)，可以針對患者特定的解剖結(jié)構(gòu)、生理功能和治療需求，制造人工植入物、組織器官和醫(yī)療器械等生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品。生物3D打印技術(shù)所具有的快速性、準(zhǔn)確性及擅長制作復(fù)雜形狀實(shí)體的特性使它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。下面筆者將簡要介紹一下目前生物3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的幾種應(yīng)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(jié)構(gòu)的重建和優(yōu)化設(shè)計、細(xì)胞3D打印技術(shù)、打印組織器官的培養(yǎng)和功能誘導(dǎo)。其中是細(xì)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(xì)胞3D打印，是在組織器官解剖學(xué)數(shù)字模型驅(qū)動下，定位裝配活細(xì)胞單元，制造組織或器官前體的新技術(shù)。細(xì)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(chǔ)研究、臨床醫(yī)學(xué)和藥物開發(fā)領(lǐng)域顯示巨大的應(yīng)用價值。

　　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(nèi)的真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境，成功率很低，業(yè)界迫切需要建立更仿真機(jī)體的3D組織模型來實(shí)現(xiàn)高內(nèi)涵篩選（HCS）。細(xì)胞3D打印技術(shù)為解決這一問題提供了新的理論和技術(shù)。筆者的研究團(tuán)隊利用細(xì)胞3D打印技術(shù)，將脂肪干細(xì)胞、內(nèi)皮和胰島細(xì)胞在3D空間內(nèi)精確組合，形成模擬體內(nèi)代謝調(diào)控結(jié)構(gòu)的模型，顯示能高度仿真能量代謝調(diào)控和進(jìn)行高內(nèi)涵藥物篩選。這一研究顯示和證明了細(xì)胞3D打印技術(shù)在機(jī)制研究和藥物開發(fā)領(lǐng)域巨大的應(yīng)用價值，特別是和其他技術(shù)結(jié)合則其作用將進(jìn)一步放大，如果構(gòu)建具有功能性組織結(jié)構(gòu)和體內(nèi)更相似的3D系統(tǒng)，那么將進(jìn)一步推動藥物篩選技術(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打印的個性化醫(yī)療制造

　　生物3D打印技術(shù)同時也可應(yīng)用于制造個性化的醫(yī)療器械制造領(lǐng)域，根據(jù)患者實(shí)際情況定制個性化的醫(yī)療器械，以滿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(biāo)準(zhǔn)形制的支架、手術(shù)導(dǎo)板、假體、鋼板等植入或非植入性醫(yī)療器械只能契合標(biāo)準(zhǔn)型患者臨床需求，其余患者則達(dá)不到最佳治療效果。所以對患者需求的組織修復(fù)體及手術(shù)器械等進(jìn)行個性化設(shè)計和加工就顯得非常重要。傳統(tǒng)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(yī)學(xué)用品。醫(yī)學(xué)信息技術(shù)和生物三維打印技術(shù)結(jié)合可以圍繞患者，短時間、低成本定制個性化醫(yī)療器械，達(dá)到最佳治療效果。生物3D打印技術(shù)在個性化手術(shù)器械、基于器官模型的術(shù)前模擬、術(shù)中種植與切割導(dǎo)板等中可以廣泛的應(yīng)用，也能夠制作各類對形狀和功能有個性化需求的植入物，從而實(shí)現(xiàn)了診斷手術(shù)治療流程的數(shù)字化、個性化、網(wǎng)絡(luò)化，這是對傳統(tǒng)生物醫(yī)用零件產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的根本性改變。

　　圖3手術(shù)模型、個性化植入物、康復(fù)輔具、醫(yī)療器械等