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3D打印在医疗行业“遍地开花”,为精准医学搭建“桥梁” | 大咖说

2016/10/21 来源:生物探索
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导读
10月15日,西安高新区管委会举办了“联创智荟开业仪式暨医学3D打印创新创业论坛”。论坛上,中国工程院院士卢秉恒、杭州捷诺飞生物科技有限公司董事长徐铭恩、西安交通大学机械工程学院教授贺健康、3D打印医学应用专家委员会唯一软件专家廖胜辉、西安点云生物科技有限公司创始人曾庆丰等嘉宾针对生物3D行业的发展现状、产业方向,从医学应用需求、实现个性化医疗、软件建模、创业创新等方面进行了精彩的主题汇报,为大家呈现了医学3D行业前沿的技术创新和活跃的产业动态。


论坛现场

10月15日,西安高新区管委会举办了“联创智荟开业仪式暨医学3D打印创新创业论坛”,旨在构建西安生物 “众创生态”平台,促进医学3D打印行业5大关键环节——设备、材料、软件、医学应用和资本之间的良好结合,力求打造西安医学3D打印创业高地。

该论坛作为2016年全国大众创业万众创新活动西安高新区主会场系列活动之一,邀请了3D打印领域的科研学者、企业高管、投资代表等众多知名人士参与交流和学习,力求推动一体化服务体系的建成,带动区域医药健康产业快速发展。

论坛上,中国工程院院士卢秉恒、杭州捷诺飞生物科技有限公司董事长徐铭恩、西安交通大学机械工程学院教授贺健康、3D打印医学应用专家委员会唯一软件专家廖胜辉、西安点云生物科技有限公司创始人曾庆丰等嘉宾针对生物3D行业的发展现状、产业方向,从医学应用需求、实现个性化医疗、软件建模、创业创新等方面进行了精彩的主题汇报,为大家呈现了医学3D行业前沿的技术创新和活跃的产业动态。

现场,生物探索记者与参会的多名专家近距离接触,多方位了解医学3D打印技术的研发进展和应用现状。同时,嘉宾们还分享了他们对于这一行业未来发展的看法和预期。

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当生命医学遇上3D打印

3D打印专业的术语又称“增材制造”(Additice Manufacturing),是指通过层层叠加粉末状金属或塑料等可粘合材料制造实体的技术。相较于传统制造方式,它更适合制作小批量定制化的产品。我们较为熟悉的可能是3D打印的汽车、玩具、机器人等传统的制造业应用,多涉及模型制备、工业设计、零部件制造等领域。

那么,当3D打印技术与生命医学相遇,会碰撞出哪些不一样的火花呢?

从上世纪90年代开始,3D打印技术在生命医学领域的应用经历了4个发展阶段:体外模型与器具、个性化假体与内置物、可降解组织工程支架和器官打印。从非生物相容性到生物相容性,从不可降解到可降解,从非活性到活性,3D打印技术正逐步改变着医疗模式。

杭州捷诺飞生物科技有限公司董事长徐铭恩在主题演讲中表示:“生物3D打印是一种用户自由设计或由医学影像重建的计算机三维模型为基础,定位装配生物材料或者活细胞,制造生物支架、组织器官和个性化医疗器械等生命医学产品的技术。”

3D生物打印的最终目的是解决器官移植来源有限的问题。目前,器官移植面临着供不应求的现状。不少学者医生开始寻求替代方案,例如使用动物来源的器官或人工制造的器官等。而3D生物打印技术的出现,有望弥补这一空缺,挽救众多患者的生命,提高他们的生活质量。

如何打印出具有活性、生理功能的组织、器官?这一目标的实现涉及到一个核心材料——“生物墨水”。不同于传统的打印材料,生物墨水需要含有种子细胞(干细胞、已分化细胞等)、生长因子和营养成分等元素。这些元素构成生物砖(Biosynsphere),再结合其他材料就可以在生物打印机下实现器官、组织的重现。

除了材料、打印,3D打印的关键环节还包括3D医疗建模和软件设计。国家卫计委医管中心3D打印医学应用专家委员廖胜辉在接受生物探索采访时表示:“三维数字化医疗建模技术可以通过分析医学影像数据实现人体组织的三维模型重建,为后期精确的3D打印提供依据。它在3D打印链条中起着承上启下的作用。而3D打印软件的设计需要辅助、满足临床需求。”

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3D打印在医疗行业“遍地开花”

论坛上,中国工程院院士卢秉恒进行了《3D打印与精准医疗》的主题报告。卢院士在报告中强调:“3D打印是实现精准医疗的高端器械,具有广阔的应用前景。从影像诊断、三维数据设计、骨骼等结构打印到临床手术,3D打印能够实现个性化组织再生和修复。”

市场研究机构将3D打印在医疗中的应用划分为4大类:生物医学研究、医疗器械制造、专业医疗辅助器械、直接给病人使用的医疗用品。目前,医疗器械制造和专业医疗辅助器械方面的应用发展较为成熟。

卢院士介绍,3D打印技术较为典型的医疗应用包括构建手术规划模型、医疗培训教学、手术导板、3D打印植入物以及假肢、助听器等康复医疗器械。例如,将医学影像技术和3D打印技术结合,医生可以获得手术3D模型和手术导板,既可辅助医生进行精准的手术规划、提升手术的成功率,又方便医生与患者进行直观的沟通。

第四军医大学唐都医院3D打印研究中心副主任杨冠英告诉生物探索:“3D打印技术目前在外科学应用比较多,但是它势必朝着更多的医疗应用方向渗透,例如个性化医疗器械、药效评价等等。”


论坛现场(部分演讲嘉宾

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3D打印搭建“个性化”医疗桥梁

医学3D打印产品作为精准医疗的高端器械,具备满足“个性化”需求的特征,正逐步改变着现代医疗的范式。目前,3D打印血管、气管已经在临床中开始使用,而3D打印肾脏、肝脏则主要用于药物毒性测试。

在采访中,杨冠英主任从胸腔外科的病例为切入点,形象地讲述了3D打印技术与外科手术的完美结合。他介绍道:“因为胸骨肿瘤,患者不得不接受‘胸骨切除手术’,但是传统的切除意味着患者心脏会失去 ‘防护墙’,这对其术后的生存会造成很大的负面影响。为了解决问题,唐都医院的专家团队决定依据患者胸骨数据,利用3D打印技术制造出个性化的3D钛合金胸骨模型,实现病变胸骨的整体置换。”

作为西安本土扎根于3D打印技术产业化的西安点云生物科技有限公司,自2004年开始就一直致力于研发“3D打印可再生人工骨”,并独创了无丝打印技术作为产品输出支撑。这一先进技术可以根据患者骨缺损尺寸、形状和内部孔隙等参数,精确定制出可生物降解的理化特性和外观结构仿生的人工骨。

“目前,3D打印可再生人工骨已经完成了动物试验,即将进入临床试验。未来,3D打印可再生人工骨可以用于骨肿瘤、骨创伤、大段骨修补等疾病治疗中。而且,得益于可再生的能力,它可以实现骨骼动态修复,适用于包括儿童、老人等在内的不同群体。”公司董事长曾庆丰介绍道。

徐铭恩董事长则认为3D打印技术对于精准医疗的意义在于提供了精准化的子弹。他进一步解释说:“3D打印可以实现从个体影像学数据到个性化医疗器械设计、制造的过程,它的个性化特点和临床需求高度契合,两者的结合可以进一步推进精准医疗。”

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医学3D打印面临的挑战

目前我国高端医疗设备占医疗装备市场份额达到25%,远远低于国外55%的平均水平。作为个性化的高端器械,3D打印技术在医疗领域的应用前景很大。但是,它的发展在人才储备、技术创新、产业转化等方面都存在着局限和挑战。

杨冠英主任强调:“医疗3D打印面临的主要挑战是国家许可问题,因为3D打印本身带着个性化的特征,缺乏依循的统一标准,例如器械外形尺寸、误差范围。这是医学3D打印产业化需要积极解决的重点。”

西安市红会医院副主任医师乔峰也表示:“3D打印模型可以作为辅助工具,为医生诊疗、规划手术方案提供更为准确的参考和依据。但是3D打印植入器械属于三类医疗器械,在申请国家资质环节,从动物试验到临床试验,面临着病例量大、周期长、需求量不够等问题。这意味着,3D打印产品的临床应用还需要投入很多研究和时间。”

3D打印技术涉及生物材料、机械科学、生命医学等多学科,技术本身仍然处于不断完善的阶段。徐铭恩董事长认为:“3D打印技术面向临床需要遵循敬畏生命的大前提,严格按照国家监管体系的要求进行研发和应用。同时,临床应用的产品需要标准化,而3D打印技术的特点却是个性化,那么如何让个性化的产品高效、安全地造福患者?这是我们需要合力解决的问题之一。”

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联创智荟构建共创平台,迎接3D打印广阔前景


中国工程院院士卢秉恒,西安高新区党工委副书记、高新区管委会副主任杨仁华共同为“联创智荟”众创生态平台揭牌

随着3D打印技术在临床应用中的普及,它将为医生提供更高效的诊疗手段,减轻患者痛苦的同时降低其治疗风险。与此同时,医学3D打印产业的蓬勃发展还将带动设备开发、应用材料、数据软件、医疗服务等多个子领域的技术创新,形成产业转型、升级的新业态。

为了进一步打造西安医学3D打印创新创业资源聚集地,活跃生物医健创新创业,西安高新区管委会、西安市科技局、西安市发改委联合成立了“联创智荟” 众创生态平台。“作为西北首家生物医健众创生态平台。联创智荟以多样化的研发生产空间为基础,以公共技术服务平台为支撑,以专业化服务为抓手,形成四级创业孵化服务链条,以开放的心态、专业的服务,打造生物医健众创生态平台。” 联创智荟负责人杨杉女士在采访中说道。

依据国家增材制造委员会的规划,2025年3D打印行业将推动个性化替代物全面进入临床应用,届时90%的骨替代物实现个性化修复。同时,增材制造再生组织(血管、骨组织等)部分进入临床应用。而3D打印技术在药理模型中也将获得大量应用,包括个性化药物、细胞打印、加速药物研发等等。

未来,增材制造在医疗领域的应用势必将朝着从单一向多组织、从体外向体内打印、从宏观组织研究向微观组织细胞基因学研究的多方向发展。当然,这一广阔前景的到来离不开“政产学研用”的通力合作。

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