2012年，3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到3億5450萬美元，預(yù)計(jì)到2019年，將達(dá)到9億6550萬美元。據(jù)分析，2012年，北美占據(jù)了3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場的最大份額。然而，在2013年至2019年這段預(yù)測期內(nèi)，預(yù)計(jì)歐洲將達(dá)到15%的最高增長率。這種增長將歸因于政府的資助、各種具有更好技術(shù)的企業(yè)的兼并和收購以及有利的報(bào)銷政策。

 

      這個(gè)行業(yè)一直需求技術(shù)可靠的產(chǎn)品，因此全球3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場在近幾年來也一直在增長。3D打印為醫(yī)療保健這個(gè)行業(yè)提供了極好的解決方案，如手術(shù)器械、生物工程產(chǎn)品、醫(yī)療植入物和手術(shù)導(dǎo)板。這些解決方案徹底幫助醫(yī)療行業(yè)解決復(fù)雜的醫(yī)療難題。至于其它導(dǎo)致3D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場增長的因素則是市場對(duì)經(jīng)濟(jì)有效的醫(yī)療解決方案有巨大以及迅速的需求。然而，盡管有這些強(qiáng)大的市場驅(qū)動(dòng)力，醫(yī)療應(yīng)用中的3D打印依然面臨著許多挑戰(zhàn)，如原材料的價(jià)格波動(dòng)以及缺乏使用這些設(shè)備的專業(yè)人士。而在我們更進(jìn)一步談?wù)?D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場的發(fā)展前，我們也許該了解一下近年來3D打印在醫(yī)療應(yīng)用中的一些突破。

 

      3D打印讓病人能夠使用自己的細(xì)胞生成替代的細(xì)胞，甚至是器官。這對(duì)醫(yī)療保健行業(yè)來說有重大的意義，而其潛在的好處也是巨大的，因?yàn)檫@樣能夠消除病人的身體對(duì)移植產(chǎn)生排斥的危險(xiǎn)。在這個(gè)領(lǐng)域中的其中一個(gè)先驅(qū)，是圣地亞哥Organovo公司的開發(fā)組。該公司在2014年1月29日呈遞了其首個(gè)3D生物打印肝臟組織的樣本。就像一般3D打印一樣，這種生物技術(shù)使用3D打印機(jī)逐層打印肝臟細(xì)胞和血管內(nèi)壁細(xì)胞，一共打印大約20層，如此這些細(xì)胞就形成了一個(gè)結(jié)實(shí)的實(shí)體器官，從而起到人體組織的作用。目前，創(chuàng)建人體組織最大的障礙仍然是如何制造出為生命提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)难芟到y(tǒng)，因?yàn)樵诮M織從打印機(jī)上剝離之后，活的細(xì)胞體會(huì)逐漸死亡。但是，Organovo公司在一定程度上已經(jīng)克服了血管壁細(xì)胞的問題。“我們已經(jīng)成功的打印出了一個(gè)500微米深的迷你肝臟組織，它具備普通肝臟所擁有的將激素、鹽和藥物運(yùn)送到身體各處蛋白質(zhì)的功能，并且可以正常存活40天。”Organovo公司商業(yè)運(yùn)作執(zhí)行副總裁Mike Renard表示。

 

       目前，Organovo公司已經(jīng)推出3D打印的肝臟 exVive3D™，大小只有幾毫米，卻能夠像真實(shí)人體肝臟一樣自行產(chǎn)生蛋白質(zhì)。

 

 

 

      2014年初，哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究所的科學(xué)家們宣布，他們已經(jīng)使用多個(gè)打印頭和特制的“墨水”創(chuàng)造出復(fù)雜的、帶有完整微小血管的生命組織結(jié)構(gòu)。這一成果標(biāo)志著科學(xué)家向著制造可植入的全功能活性組織（或器官），或者用于測試新藥安全性和有效性的活性組織邁出了重要一步。由Jennifer Lewis博士帶領(lǐng)的這個(gè)小組，還研發(fā)出用內(nèi)皮細(xì)胞組成血管的方法。該技術(shù)能讓血管組織有序排列，并通過3D打印技術(shù)去組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持血管深處的細(xì)胞存活。和生物技術(shù)公司Organovo一樣，這只哈佛團(tuán)隊(duì)也在申請(qǐng)用3D打印技術(shù)打印出的血管組織進(jìn)行藥物篩選的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)這項(xiàng)生物工程得到的血管網(wǎng)絡(luò)，還能用于腫瘤的變化以及傷口愈合等醫(yī)學(xué)研究。打印人體組織以及血管的最終目的是打印出實(shí)際可用的器官。

 

     路易斯維爾大學(xué)心血管創(chuàng)新研究所的負(fù)責(zé)人兼科技總監(jiān)Stuart K Williams博士曾于2013年表示，路易斯維爾大學(xué)已經(jīng)利用細(xì)胞打印出了人體心臟心臟瓣膜和小靜脈。并且，他們已經(jīng)將這些部分在小白鼠和其它小動(dòng)物身上做了實(shí)驗(yàn)，并取得了成功。心臟移植或者使用人造心臟都會(huì)使病人需要吃抗排斥的藥物。然而3D打印技術(shù)利用的是病人自身的細(xì)胞打造心臟，因此并不會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)。Stuart K Williams博士相信如果一切進(jìn)展順利，打印心臟的臨床實(shí)驗(yàn)有望在十年內(nèi)進(jìn)行。而進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)的首批病人很有可能是那些心臟有缺陷但不適應(yīng)移植人造心臟的人群，如由于胸腔過小不能移植人工心臟的兒童。

 

     3D打印能夠幫助醫(yī)療技術(shù)設(shè)計(jì)師更好地設(shè)想身體部位，從而有助于設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)備。3D打印技術(shù)能夠定制逼真的模型，與傳統(tǒng)的吹制玻璃方式相比更加精準(zhǔn)。如比利時(shí)的Materialise公司提供的HeartPrint（心臟打印）服務(wù)，為特定病人量身定制的心血管解剖圖提供3D打印服務(wù)。與此同時(shí)，羅徹斯特大學(xué)的研究人員使用3D打印制造了動(dòng)脈瘤的模型。根據(jù)病人的CT數(shù)據(jù)，我們首先使用MaterialiseNV的Mimics以及3-matic軟件創(chuàng)建出一個(gè)動(dòng)脈瘤患者專用的3D模型，” 羅切斯特大學(xué)手術(shù)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Ankur Chandra說到。“下一步，我們使用模擬動(dòng)脈壁性能的生物精確材料進(jìn)行打印，然后把模型裝在一個(gè)血流動(dòng)力學(xué)模擬器上，使其承受嚴(yán)格控制的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如腔內(nèi)壓力、血流量和心輸出。”

 

      使用3D打印能定制各種植入物。例如，Oxford Performance Materials可直接利用CT掃描或者M(jìn)RI文件進(jìn)行3D打印醫(yī)用植入體。這些植入體的材料來自于這家公司自己的OXPEKK-IG聚合物。這項(xiàng)工序可用于制造頭顱、手、腳以及上身肢體中非承重區(qū)域的植入體。Oxford Performance Materials通過FDA認(rèn)證的產(chǎn)品Osteofab更是能夠生成模擬骨頭生長的植入體，比傳統(tǒng)植入體更適合患者。

 

     在過去，外骨骼以及假肢所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何讓不同的病人都感到合適與舒適。利用3D打印，能夠更容易為不同病人定制外骨骼與假肢。

 

 

 

      例如Ekso Bionics公司，發(fā)布了他們有史以來第一套與3D系統(tǒng)共同合作創(chuàng)建的3D打印外骨骼機(jī)器人套裝。Amanda Boxtel女士在歐洲的一個(gè)活動(dòng)上展示這款打印設(shè)備。Ekso Bionics 掃描了她的大腿、小腿、脊柱，構(gòu)建了模型，用3D打印技術(shù)制造了一副混合動(dòng)力機(jī)械外骨骼。這款設(shè)備有背部支架、拐杖和仿生腿。伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校的研究人員研制出一款由活體肌肉細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的行走機(jī)器人，它是由生物肌肉和機(jī)械部件構(gòu)成。這種微型肌肉驅(qū)動(dòng)生物機(jī)器人是由電流脈沖控制的。伊利諾伊大學(xué)生物工程系拉希德-巴希爾(Rashid Bashir)是研究報(bào)告負(fù)責(zé)人，他說：“由肌肉細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的生物活動(dòng)性是科學(xué)家期望建造任何生物機(jī)械裝置的基本要素，我們?cè)囍阅撤N方式將工程原理和生物學(xué)結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)研制生物機(jī)械裝置和環(huán)境醫(yī)學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)。”

 

        而這一突破正是因?yàn)?D打印才能實(shí)現(xiàn)的。最新研制的微型生物機(jī)器人體長不足1厘米，是由柔韌3D打印水凝膠材料和活細(xì)胞制成。以上七項(xiàng)3D打印的突破對(duì)醫(yī)療行業(yè)有著革命性的影響，更是加強(qiáng)了3D打印發(fā)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)的影響力。下期我們將討論3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域市場中的發(fā)展是如何影響著醫(yī)療行業(yè)的。