贺健康：3D打印技术推动医疗技术新发展

我国每年有200万器官需求，但仅有1%的患者能获得合适的供体，大部分患者因没有合适的替换器官而失去生命。供体从何而来依然是技术和道德的双重考验。生物3D打印如何实现活性组织与器官的按需打印，如何推动医疗技术的发展?

贺健康 西安交通大学机械工程学院教授，博士生导师，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者，中国生物材料学会生物材料先进制造分会常务委员

1生物3D打印——实现组织与器官制造的利器

生命与健康是人类永恒的追求，今天的人们希望通过更换病变组织与器官提高生命质量，例如人工组织置换、活体组织与器官移植等。

目前，一些简单的替换产品已经投入医院使用，但复杂组织(如器官)并不是简单替换就可以的，需要具有一定功能。国内每年有200万器官需求，但仅有1%的患者能获得合适的供体，大部分患者因为没有合适的替换器官而失去生命，因而产生器官买卖这种不道德的现象。

随着中国经济发展及人类对健康的追求，器官需求会进一步增大，根本的出路是人工制造组织与器官。

生物3D打印是实现组织与器官制造的利器，可以个性化定制人工假体。一个长远的愿景是实现活性组织与器官的按需打印。美国《时代周刊》评论细胞打印为2010年50大最佳发明之一。

2生物3D打印现状

医学应用概况

生物3D打印随着3D打印技术的发展而发展，经历了一个从非生物相容性到生物相容性、从不可降解到可降解、从非活性到活性的过程。

最早大家关注的是体外医疗模型与器具。因为这种模型只在体外使用，不放入体内，进入医院使用的门槛非常低。随着技术的发展，个性化假体与内置物产生，可以进入体内替代病变或缺损的组织。目前这两部分已经进入临床应用阶段。

可降解组织工程支架可以慢慢降解变成人体自身的组织，不再是一成不变的金属假体，目前仍在临床试验阶段。活性组织与器官打印还在研发阶段。

医疗模型

医生以前是通过影像判断制定手术方案，现在可以通过实体模型，在体外做模拟实验，研讨定制手术方案。

在做肿瘤切除时，尤其对于重大器官，血管损伤是致命的。软质医疗模型可以清晰的看到血管，从而帮助医生清楚的知道病人的状况，并在体外切割，进行手术前演练与优化。

除了模型，还有测试系统。比如3D打印心血管功能测试系统，可以通过电路控制血液流速和血压波动，从而模拟人体的血流情况。

个性化导航器具

医生进行个性化假体手术时，很难精确做到按照假体的设计进行切割，个性化导航模板可以帮助医生准确的确定手术方向。典型的个性化导航器具有：脊柱个体化导航模板、髓芯减压个体化导航模板、个体化骨折外固定器。其中，个体化骨折外固定器集成了导航和康复功能，手术时间能缩短80%，骨折愈合时间缩短33%-45%。

可降解支架

3D打印除了可以制作模型外，还可以打印植入物。但即使定制与人体精准匹配的个性化假体，最终假体的作用还是会失效，只是时间问题。因为人体骨骼会随年龄增长发生变化，但是金属材料不会随时间变化。因此产生了生物可降解组织工程支架。

可降解支架初期还是起到支撑作用，但其会随着人体的变化而变化，慢慢降解转变成自己的组织。2013年曾报道过一例，3D打印气管支架在婴儿体内成活，代表着可降解支架正慢慢应用于临床。

器官打印

活性组织与器官3D打印是将细胞和材料混合着打印，把细胞作为“生物墨水”喷涂到凝胶支架上，随着细胞的生长，慢慢变成一个真实的组织。这是材料、细胞、结构一体化成形的过程。

2010年，美国的Organovo公司和澳大利亚的Invetech公司携手研制出世界上第一台商业化细胞打印机。

目前活性组织与器官打印仍在研究层面，但在应用层面也展开了不同的探索。例如利用打印的体外三维组织模型进行新药测试。

3总结与建议

虽然现在受产业化和国家政策方面的限制，但3D打印在制造人体内植物方面依然有光辉前景，因为生物3D打印对精准化医疗是真实有效的。

医院永远是生物3D打印的主体，只有从医生的需求出发才是真实有用的。许多医疗器械企业看到3D打印技术蕴含的巨大前景，但如何提升核心技术水平和产品竞争力是急需考虑的问题。

对假体制造来说，基于医学原理优化结构，结合力学原理设计，能够提升3D打印快速定制化制造，应用于临床的定制化治疗。对于人体的某些组织来说，可降解替代物是最好的选择，会成为未来十年重要的发展趋势。

针对社会缺乏设计人才的现状，高校作为人才支撑点，要培养医学与工程交叉型人才，同时进行深入的基础研究与交叉学科研究。未来新兴产业需要政、产、学、研、用、金的通力合作，才能将生物3D打印做大做强。