生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直是當(dāng)下人們熱切關(guān)注的話題之一，隨著“大健康”時(shí)代的到來，生物醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。而3D打印的橫空出世，從根本上加速了這個(gè)大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，為了人類未來的健康發(fā)展，世界各國及企業(yè)也都在不斷的做出努力。下面，讓我們一起來回顧下本周生物醫(yī)療3D打印產(chǎn)業(yè)有哪些熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)吧！

　　鈦鉭合金改進(jìn)3D打印植入物的應(yīng)力吸收

　　到目前為止，研究人員們主要使用選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)和鈦鋁基粉末來3D打印生物原型。SLM技術(shù)通常使用高功率激光器來根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模型逐層構(gòu)建3D對(duì)象。但是由于鋁這種元素對(duì)人體神經(jīng)有著長期不良影響，導(dǎo)致科學(xué)家們希望能夠找到其它材料來取代它。為此，來自ASTAR下屬新加坡制造技術(shù)研究所（SIMTech）的Florencia Edith Wiria和南洋理工大學(xué)新加坡3D打印中心的Wai Yee Yeong發(fā)起了一個(gè)合作研究項(xiàng)目，希望通過開發(fā)一種創(chuàng)新的金屬共混物來使用SLM技術(shù)3D打印出更好的鈦合金生物醫(yī)療產(chǎn)品。

　　理論上說，鈦、鉭元素組成的合金是絕對(duì)沒有問題的，因?yàn)檫@兩種金屬都擁有生物相容性，而且其機(jī)械屬性要由于純鈦。但是鉭金屬的熔點(diǎn)非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用于SLM技術(shù)的球形金屬粉末在經(jīng)濟(jì)上基本不可行。而市場(chǎng)上常見的鉭粉通常是通過氣體霧化形成的長條形粗糙微粒。為了克服這一問題，研究團(tuán)隊(duì)將這種粗糙的鉭金屬粉與另外一種市場(chǎng)上現(xiàn)成的微球形鈦金屬粉末混合在一起。在將這兩種材料混合半天之后，他們觀察到這種混合物可以鋪設(shè)得更加均勻，更便于SLM技術(shù)使用。顯微鏡實(shí)驗(yàn)揭示在混合之后鈦金屬的球形形狀仍然保留，這是該混合物可成功用于3D打印的關(guān)鍵。

　　通過將一種棋盤式的激光掃描模式上下交替熔融金屬或者從一邊到另一邊的移動(dòng)來減少熱應(yīng)力，研究人員成功地使用SLM技術(shù)制造出了鈦鉭合金的3D形狀。出人意料的是，通過X射線和其它成像技術(shù)探測(cè)表明，鉭金屬的加入，再加上快速凝固，促進(jìn)和穩(wěn)定了高強(qiáng)度的層狀鈦晶粒的形成。研究人員預(yù)計(jì)，這種鈦鉭合金將能夠減輕“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，所謂的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)是指植入物的硬度過高導(dǎo)致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學(xué)刺激而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的現(xiàn)象。這項(xiàng)研究成果已經(jīng)被發(fā)表在了2016年3月5日出版的《Alloys and Compounds》雜志上，論文題目是《帶50%重量比鉭金屬的鈦合金的選擇性激光熔融：微結(jié)構(gòu)和機(jī)械屬性（Selective laser melting of titanium alloy with 50 wt% tantalum: Microstructure and mechanical properties）》。

　　澳政府再撥千萬巨資支持生物3D打印研究

　　在生物3D打印技術(shù)的開發(fā)上，澳大利亞是當(dāng)前全球最領(lǐng)先的國家之一。因此對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，該國政府一直以來也表現(xiàn)得十分支持。近日，他們就宣布將向正在進(jìn)行相關(guān)研究的大學(xué)、企業(yè)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供總金額370萬澳元（約合1773萬人民幣）的資金支持。考慮到在此之前，澳大利亞的確已經(jīng)在生物3D打印上取得了一些突破性的進(jìn)展（比如該國的一位患者為對(duì)抗脊髓瘤已經(jīng)成功移植了3D打印的人工脊柱），所以這項(xiàng)重大決策并不令人意外。

　　據(jù)了解，在澳洲所有正在開展生物3D打印研究的機(jī)構(gòu)中，位于南威爾士州的伍倫貢大學(xué)最為出名。不久之前，該校生物醫(yī)學(xué)專家Gordon Wallace教授就發(fā)表了一篇論文，闡述了3D打印有能力幫助治療阿茲海默癥（即老年癡呆癥）。而在那之前，該校還推出了一套十分完整的在線3D打印教學(xué)課程。現(xiàn)在，該校又展開了新的行動(dòng)—他們正在與墨爾本圣文森特醫(yī)院和麥卡勒姆癌癥中心聯(lián)手建設(shè)一座全新的3D打印技術(shù)中心，旨在加速3D打印醫(yī)療用品（如手術(shù)用植入物）的實(shí)用化，而這個(gè)項(xiàng)目正是此次370萬資金的支持對(duì)象之一。相信這次有了政府的支援，伍倫貢大學(xué)的研究必定能增速不少。也許用不了多久，他們就能讓高端的生物3D打印正式走進(jìn)澳洲的各大醫(yī)院，從而幫助普通患者擺脫病痛的折磨。

　　Materialise參與建立醫(yī)療3D打印技術(shù)衡量標(biāo)準(zhǔn)

　　醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域所有利益相關(guān)者都面臨著類似的障礙，涉及到新技術(shù)的接受和認(rèn)可的時(shí)候。隨著循證醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)，臨床證據(jù)已經(jīng)成為用戶、醫(yī)生、醫(yī)院、贊助者和決策者的“魔咒”。很多情況下，雖然設(shè)備廠商提供的設(shè)備是一樣的，采用不同的方法產(chǎn)生不可靠的和不一致的結(jié)果帶來臨床上的很多困惑。而如何利用3D打印技術(shù)為醫(yī)療設(shè)備的使用和醫(yī)生的診斷提供進(jìn)一步的牽引，有望減少臨床上的混亂情況。

　　一致的和完整的證據(jù)收集方法在整個(gè)行業(yè)里的推廣使用可以大大促進(jìn)3D打印技術(shù)在醫(yī)療部門的應(yīng)用。通過一致的方案來解決臨床所面臨的挑戰(zhàn)將進(jìn)一步增強(qiáng)醫(yī)療保健行業(yè)對(duì)于3D打印技術(shù)能夠在臨床上發(fā)揮作用的信心，也將有助于醫(yī)生、醫(yī)院和決策者加速采用3D打印技術(shù)。政府機(jī)構(gòu)和保險(xiǎn)公司也更有可能將醫(yī)療3D打印技術(shù)列入其批準(zhǔn)的醫(yī)療規(guī)程和設(shè)備，使患者有機(jī)會(huì)利用該技術(shù)所能提供的最佳醫(yī)療解決方案。

　　Materialise的創(chuàng)始人Wilfried Vancraen認(rèn)為Materialise當(dāng)前已經(jīng)有了幾項(xiàng)倡議以期正確測(cè)量和驗(yàn)證醫(yī)療3D打印在臨床方面的作用，如果能夠在整個(gè)行業(yè)采取一種以實(shí)證為基礎(chǔ)的方法，按照一整套規(guī)程、方法和衡量準(zhǔn)則行事的話，就肯定能夠成功。通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞?，Materialise可以使醫(yī)療3D打印技術(shù)獲得更廣泛的應(yīng)用，而病人將獲得更好的醫(yī)療服務(wù)。

　　FDA發(fā)布3D打印醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)準(zhǔn)則草案

　　日前，美國食品和藥物管理局（FDA）發(fā)布了針對(duì)3D打印醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)則草案，這意味著FDA已經(jīng)開始認(rèn)可3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。今年3月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了癲癇藥物SPRITAM，這一藥物使用3D打印技術(shù)來制造其藥片特殊的結(jié)構(gòu)，以便于其更快速地溶解。實(shí)際上，如今3D打印技術(shù)已經(jīng)深深地深入了很多公司的醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)和制造過程中；除此之外，它還改變了研究領(lǐng)域并在醫(yī)療保健方面有著諸多的應(yīng)用。FDA擁抱這個(gè)行業(yè)是向前邁進(jìn)了一大步。

　　據(jù)了解，此次針對(duì)醫(yī)療設(shè)備制造商的準(zhǔn)則草案提供了生產(chǎn)和驗(yàn)證3D打印設(shè)備的建議和技術(shù)要求。現(xiàn)在，F(xiàn)DA已認(rèn)識(shí)到，3D打印技術(shù)在醫(yī)療應(yīng)用方面有著很多優(yōu)勢(shì)，為此才提供相應(yīng)的法規(guī)來讓醫(yī)療行業(yè)更多地用于這一技術(shù)。盡管3D打印在質(zhì)量檢驗(yàn)方面仍然有自己的問題，但是監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始尋找相應(yīng)的解決方案，并已經(jīng)看到3D打印技術(shù)的價(jià)值。增材制造的優(yōu)點(diǎn)是可以利用病人的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)為其量身定制出與其解剖結(jié)構(gòu)相匹配的醫(yī)療設(shè)備和外科工具。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地制造出復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)、并可開發(fā)出多孔結(jié)構(gòu)和曲折的內(nèi)部管道，這些使用傳統(tǒng)的制造方法往往很難實(shí)現(xiàn)。二醫(yī)療設(shè)備顯然還必須遵守標(biāo)準(zhǔn)通用的法規(guī)，但在此之下3D打印技術(shù)還有自己的問題。FDA概述了對(duì)3D打印醫(yī)療設(shè)備的要求，并列出了每一種組件材，以及它們層積的方式。

　　除此之外，該準(zhǔn)則草案的一些內(nèi)容可能需要制造商重新考慮他們的技術(shù)和生產(chǎn)流程以復(fù)合相應(yīng)的規(guī)則要求。不過，總體來看，行業(yè)應(yīng)該是歡迎這些準(zhǔn)則的，因?yàn)樗鼈冿@然為3D打印正式進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域打開了大門。有了FDA發(fā)布的這個(gè)準(zhǔn)則，醫(yī)療3D打印現(xiàn)在終于可以突破理論研究和實(shí)驗(yàn)性手術(shù)的局限，進(jìn)入主流了。而且FDA也似乎有意推進(jìn)這個(gè)過程。需要指出的是，F(xiàn)DA的這份準(zhǔn)則并不涵蓋生物打印，這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，足夠監(jiān)管機(jī)構(gòu)在未來忙的，另外，F(xiàn)DA也沒有涉及到生物打印食品概念。

　　醫(yī)學(xué)研究揭示3D打印技術(shù)在手術(shù)外科的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　意大利數(shù)字生物網(wǎng)絡(luò)（IDBN）創(chuàng)始人、外科醫(yī)生Nicola Bizzotto是意大利第一批將3D打印用于手術(shù)前準(zhǔn)備的人，他為此也成為了在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用該技術(shù)的堅(jiān)定支持者。最近，在一群意大利外科醫(yī)生和瑞士同事的幫助下，Bizzotto醫(yī)生在科學(xué)雜志《Injury》上發(fā)表了一項(xiàng)研究結(jié)果，詳細(xì)介紹了利用3D打印修復(fù)橈骨遠(yuǎn)端（即手腕）骨折的優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，Bizzotto醫(yī)生長期以來一直骨科和創(chuàng)傷的臨川工作，他曾經(jīng)治療過多名冬季體育運(yùn)動(dòng)員，因此在腕傷治療方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。除了利用數(shù)字?jǐn)鄬訏呙钄?shù)據(jù)物理復(fù)制腕部和手部的損傷之外，他在首次將3D打印技術(shù)用于臨床決策方面也發(fā)揮了重要作用。

　　在涉及到病人治療的三個(gè)主要方面，3D打印技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)很明顯。首先是用于研究和手術(shù)準(zhǔn)備的物理3D模型，以及獲得理想的外科手術(shù)導(dǎo)板。這意味著減少手術(shù)時(shí)間和成本。另外一個(gè)好處是使用3D打印模型可以方便病人和醫(yī)生之間的溝通。據(jù)悉，這項(xiàng)刊登在Injury雜志上的研究，分析了從2014年11月至2015年6月參與治療手腕骨折的40名患者的臨床情況。以上用Stratasys公司的3D打印機(jī)復(fù)制出了折斷的骨頭，并將其用于傷情評(píng)估和手術(shù)前規(guī)劃。Bizzotto稱，醫(yī)生們可以用這些3D打印的模型為手術(shù)板上的螺絲找到理想的固定位置，也可用于為病人說明手術(shù)過程。該手術(shù)板是由Medartis提供的，該公司其總部在瑞士巴塞爾，它主要為手外科提供了醫(yī)療解決方案且共同資助這項(xiàng)研究。

　　除此之外，3D打印技術(shù)所帶來的精度提升在腕部手術(shù)中也很重要，因?yàn)樵诨謴?fù)時(shí)一個(gè)小小的失敗都有可能導(dǎo)致愈合后手腕功能受影響。這項(xiàng)研究還表明，患者十分贊賞3D打印模型的使用，通過3D打印模型患者對(duì)于自身骨折情況的理解更加清楚，并且對(duì)外科醫(yī)生的能力更有信心。

　　科學(xué)家開發(fā)出與人骨成分相似的可3D打印材料

　　大約在20年前，Bob Pilliar教授開始尋找合成骨的替代材料。一度，塑料、金屬和陶瓷都曾經(jīng)被認(rèn)為是可用于關(guān)節(jié)置換的最新和最好的材料，但是它們對(duì)患者的疼痛緩解和活動(dòng)能力的恢復(fù)是有前提的，那就是這些材料不能持久。Pilliar被稱為加拿大的陶瓷材料之父。如今，通過與另外兩位研究者攜手，已經(jīng)成為多倫多大學(xué)牙醫(yī)學(xué)院、生物材料與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院名譽(yù)教授的Pilliar找到了可以用來制造未來植入物的天然成分。要取代人造的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，他的部件必須是生物降解、持久和針對(duì)患者的特點(diǎn)量身定做的。最終，研究人員們找到了一種以磷酸鈣形式存在的有效配方。這種粉末是由與人類骨骼中同樣的礦物成分組成的，它來自美國種子巨頭孟山都公司已經(jīng)放棄開發(fā)的一種可降解生物材料。經(jīng)過一番研究，Pilliar和他的同事們相信自己已經(jīng)找到了可以創(chuàng)建骨骼替代材料的正確化合物，在此之后他們需要的只是找到合適的制造方式。

　　為此，一位年輕的機(jī)電一體化工程師Mihaela Vlasea接下了這個(gè)任務(wù)。她是增材制造領(lǐng)域中的高手。她根據(jù)這一材料的特點(diǎn)和要求，專門開發(fā)出了一臺(tái)定制的3D打印機(jī)。據(jù)天工社了解，這臺(tái)設(shè)備有一個(gè)雙門冰箱那么大，它使用紫外線來將磷酸鈣粉末粘結(jié)在一起。使用這臺(tái)機(jī)器，Vlasea以針尖大小的精度在植入內(nèi)部制造管道和空腔。形象地說，這種3D打印的骨骼植入物就像一個(gè)蟻丘，其內(nèi)部布滿了用于運(yùn)送養(yǎng)分的管道網(wǎng)絡(luò)，而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的出口就是植入物表面的一個(gè)個(gè)小孔。一旦植入，人體的骨細(xì)胞就會(huì)在散播開來，并與骨骼結(jié)構(gòu)機(jī)械互鎖在一起。隨著時(shí)間推移，聚磷酸鈣被人體吸收，而患者的組織和細(xì)胞則長成了人工植入物的形狀。“我們希望能夠用它來代替人工關(guān)節(jié)，和拜托所有的金屬材料。但是在短期內(nèi)，我們還只能嘗試用它來代替小塊的骨頭?！盤illiar教授說?！叭绻覀儷@得成功，再進(jìn)一步嘗試用它來生成更大的關(guān)節(jié)。

　　除此之外，Pilliar教授也在開發(fā)人類軟骨的替代物，如果成功，對(duì)于眾多的關(guān)節(jié)炎患者來說無疑是一大福音。與我們的常識(shí)不同，關(guān)節(jié)炎患者實(shí)際上并不只限于城市里的老年人。這種疾病主要是由外傷、畸形的關(guān)節(jié)或運(yùn)動(dòng)損傷引起的。目前由于軟骨細(xì)胞不能再生，對(duì)于它的治療手段十分有限。作為這一骨骼項(xiàng)目的三個(gè)主要研究者之一，Kandel曾經(jīng)與Pilliar教授和多倫多大學(xué)的研究員Marc Grynpas共同合作了二十多年。據(jù)她說，當(dāng)今這種統(tǒng)一規(guī)格的植入物的使用壽命在20到30年之前，在此之后就需要再動(dòng)手術(shù)來更換新的植入物。Kandel希望通過使用患者自己的組織和細(xì)胞打造的“生物關(guān)節(jié)替換物”來解決這個(gè)問題。

　　為此，Kandel嘗試從患者的骨髓中提取干細(xì)胞，然后在實(shí)驗(yàn)室里重新編碼，培養(yǎng)成不成熟的軟骨細(xì)胞。這批細(xì)胞經(jīng)過幾個(gè)星期的時(shí)間之后成熟，研究人員將其層積在滑鐵盧大學(xué)3D打印的鈣磷酸鹽植入物上并使其生長。據(jù)天工社了解，該植入物一旦通過手術(shù)植入體內(nèi)，就能夠自然地發(fā)揮功能，甚至可以治愈自己。Kandel將其稱為“生物性重鋪表面（biological resurfacing）”，該技術(shù)進(jìn)一步降低了植入物在植入人體之后遭受排異反應(yīng)的可能性。“如果你使用患者自己的細(xì)胞的話，它們就不會(huì)被人體認(rèn)為是外來的異物?！彼f并補(bǔ)充稱這種新型的治療手段可以從根本上阻止關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。雖然這種定制植入物可能的價(jià)格到現(xiàn)在還不得而知，但Kandel預(yù)期該產(chǎn)品商業(yè)化之后會(huì)更加便宜，因?yàn)槠涫褂玫脑牧蟽r(jià)格很低。此外，她估計(jì)這類新型的人工關(guān)節(jié)“生物替代物”在未來十年之內(nèi)將得到廣泛應(yīng)用。此同時(shí)，研究人員們正在通過動(dòng)物試驗(yàn)來測(cè)試使用這種新方法修復(fù)小骨替代品德可行性，他們預(yù)計(jì)這一研究將還要持續(xù)兩年。