普通外科

3D打印技术医学领域应用势头迅猛

作者:fouranger 来源:松尚医疗科技 日期:2016-09-29
导读

         近年来,3D打印在医学领域一直突飞猛进。其高效快速准确建立三维模型的特性与医疗领域讲究精准的要求不谋而合,因此医疗3D打印技术具有广泛的市场。本文将从三个方面来概述3D打印技术在医疗领域大显身手 医疗3D打印技术适合多种领域。医疗3D打印是使用3D打印的方法成型生物材料,特别是细胞材料,用来制造人工的组织、器官,还有各种假肢,手术导板等一系列生物医疗领域的产品。它是目前3D打印研究中最前沿

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近年来,3D打印在医学领域一直突飞猛进。其高效快速准确建立三维模型的特性与医疗领域讲究精准的要求不谋而合,因此医疗3D打印技术具有广泛的市场。本文将从三个方面来概述3D打印技术在医疗领域大显身手

      医疗3D打印技术适合多种领域。医疗3D打印是使用3D打印的方法成型生物材料,特别是细胞材料,用来制造人工的组织、器官,还有各种假肢,手术导板等一系列生物医疗领域的产品。它是目前3D打印研究中最前沿的领域。Wholers报告中指出,医疗3D打印技术已经在医用模型、外科手术以及手术导板、骨科植入物等领域有了广泛应用。

完美定制医疗器械

       中投顾问的一位研究人员曾说:“目前,3D打印医疗器械研发制造正在全球范围内蓬勃发展,市场前景无量。”据了解,在发达国家,3D打印医疗器械在相关领域已经广泛应用。据调查,在美国约有200万人使用3D打印假肢。3D打印医疗产品中,诸如义齿、助听器、人工关节等在一些发达国家也拥有广阔市场。业内人士一致看好,3D打印技术成为医疗器械研发应用的核心技术。

3D打印假肢1月29日,骨科巨头Stryker对外宣布,将于2016年下半年投资建造3D打印工厂。该公司是医疗器械和植入物产品巨头,其将3D打印技术用在胫骨基板上,使外科医生不用水泥也能手术。他们希望推出一个3D打印钛管装置,借助该部件的多孔属性,可以在移植后实现骨骼在其内部的自然生长。专家认为在制作像定制假体这样的医疗器械时,3D打印是一种完美的技术。

强生与Carbon3D合作无独有偶,全球医疗行业巨头强生在1月25日宣布,将与3D打印公司Carbon3D合作,共同开发可定制的3D打印手术器械。Carbon3D是一家专业3D打印公司,旗下最大的卖点在于其专有的CLIP3D打印技术。据悉。这项技术的成型速度比普通3D打印速度高出25至甚至100倍,在如此高速的3D打印下,出来的成型结果可媲美注塑成型。

       早在去年11月,美国东北大学机械和工业工程系副教授RandallErb开发了一个根据具体病人情况打印特定导管的设备。导管是用来给病人或新生儿输送营养物质的一个重要医疗装置。目前的导管只有固定的形状和尺寸,生产定制导管对公司来说成本太高,3D打印则可以解决这个问题。据了解,这个新设备通过改变磁场来改变合成材料的尺寸和形状,从而为病人提供定制服务。

成功助力骨骼外科手术

       3D打印技术,在医疗器械领域广受欢迎,同时也参与了不少外科成功手术案例。最近,泰国某医院矫形科医生和他的团队,利用3D打印的钛金属假体为一名右手拇指骨骼因肿瘤严重损坏的37岁女性实施了骨骼替换手术。据知,这类手术一般使用的植入物是用从患者臀部或腿部获取的天然骨骼制成。而这种方法会对取骨处造成一定程度的损伤。现在,3D打印钛金属假体不仅不会造成二次伤害,反而还具有质地轻更加强韧的优点。

右手拇指骨骼替换手术来了解一下3D打印钛金属假体的过程。首先,通过X光扫描患者的左手拇指再进行镜像创建出右手拇指骨骼样子的3D数字模型。然后,用树脂材料做出拇指的实体模型。最后,使用生物医疗级钛金属做出了最终的成品。

      国内也有不少利用3D打印技术帮助患者成功手术的例子。去年12月,北京大学人民医院内,完成了世界首例右骨盆巨大肿瘤切除3D髂骨假体重建术。这是继7月份,该医院完成3D全骶骨假体重建术后的又一成功案例。传统的全膝置换是极其精细且浩大的工程,而3D打印技术引入之后,只需要两片由3D打印的模型即可完成全膝置换手术,当然,这是利用了专家的医学专利

      第四军医大学唐都医院胸腔外科与超声诊断科医学3D打印研究小组专家于去年7月实施了世界首例3D打印钛合金胸骨置换术。去年11月,北京清华长庚医院董家鸿教授团队手术演示了国际首例3D打印个体化模型导航下的肝门部胆管癌精准切除术。北京大学第三医院骨科主任刘忠军带领的团队,已经在脊柱及关节外科领域研发出几十个3D打印脊柱外科植入物。

       据相关专家介绍,骨科3D打印技术,不仅可以帮助医生完成骨科手术,它还能很好的解决假体和骨头长不到一起,或者连接松动等问题。3D构件由于在制造打印时,精度要求高,出来的成品能与患者骨头结构实现完美契合,因此更加稳固。

       现在3D打印技术日益成为骨科科手术的新宠,它通过数字化技术和软件,利用3D打印机,直接打印出骨关节模具,不仅解决了手术中的难题,也大大提高了骨科患者的恢复质量,还加快了愈合时间,另外经过骨科3D打印技术治疗,患者仅需数天恢复便可下地活动。因此,不少医院引入该项技术,成立专门研究团队以便后续手术需要。

仿生功能干细胞培养

       3D打印技术,除了在骨科手术大量应用,业界更看好其在干细胞领域的技术发挥。因为3D生物打印的核心技术在于生物砖,即一种新型且精准的具有仿生功能的干细胞培养体系。它是以含种子干细胞或分化细胞、生长因子和营养成分等组成的“生物墨汁”,结合其他材料层层打印出具有生物活性的产品,再经培育处理,形成有生理功能的组织结构。可生物降解、具有力学强度和抗机械损伤能力。里面是细胞生长因子和成千上万种的营养成分。3D生物打印是打印出含有细胞成分并具有生物学活性的产品。

3D打印人类干细胞四川蓝光英诺生物科技股份有限公司康裕建说,“因为直接取自每一个体的人体干细胞,修复、替换个体本身病变组织的异体排斥性不复存在,同时其结构和功能性匹配更佳,术后恢复等环节将变得更易被接受和顺畅。这是个性化定制健康的最高境界。”目前,英国威尔士Morriston医院的整形外科医生们正在试图使用人类细胞打印生物结构,并提供适当的环境和合适的时机使它们成长为我们可以放入人体内的组织。它将重建人体缺失的身体部位,比如鼻子或耳朵的一部分,而且最终可以重建更大的部位,诸如骨骼、肌肉和血管等。

      在去年11月出版《生物制造》杂志上,有一则胚胎干细胞3D打印成果展示。来自中国清华大学和美国德雷克赛尔大学的研究团队能够用3D打印胚胎干细胞,并且印制出的细胞胚体高度统一。据了解,胚胎干细胞能够生成人体所有类型的细胞,它可以用来构建身体组织结构以及潜在的微观器官。研究人员用基于3D打印的方法制造出三维网格结构以生长胚体,这种胚体被证明较有活力,并且能够快速进行自我修复,还能保持变成任意类型细胞的多潜能性。

     此外,中国3D打印技术产业联盟副理事长徐铭恩研究团队的成果也分外精细。据悉,该研究团队已经可以将脂肪干细胞、内皮和胰岛细胞在3D空间内精确组合,形成模拟体内代谢调控结构的模型,无论是胰岛素分泌、葡萄糖代谢、脂肪代谢,还是受阻因子的分泌,相关结果更接近人体,对药物的敏感性和毒性的反应更准确。

【结语】

       国内外齐头并进的研究3D打印仿生干细胞培养技术,并且皆取得可喜的成果,无论是大企业在3D打印医疗器械方面的合作,还是3D打印助力外科手术并取得成功,都可以看出,3D打印医学应用成果骄人。

      3D打印在医学领域如此广泛的应用,不仅有助于医学研究突破,还极大的帮助患者早日康复。目前,3D打印技术,已经走到仿生干细胞培养的阶段,对于医学界最期待的个性化定制器官迈出了重要一步。

      对此,业界普遍看好的医学3D打印技术,也有一定的担忧。虽然目前3D打印技术在生物医学领域取得不错成果,但是,这项技术制成的人体植入物必须经过大量细胞培养和试验,以确保其能够在人体内存活。而人体组织器官的复杂性,现在的技术还不能够完全驾驭。此外,3D打印使用的材料会否产生副作用,是否会与人体组织发生反应而产生不利于人体健康的因素,都需要长期的试验来论证。

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