當3D打印遇上醫(yī)療，可能以后不再需要活體器官了
魔猴君 行業(yè)資訊 2348天前
還記得《十二生肖》嗎？成龍大爺戴著手套摸了一把鼠首，就完成了對其數(shù)據(jù)的掃描。然后通過計算機建模，分分鐘就完成了一個復(fù)制品。
如果說在電影上映的2012年，這項3D打印的情節(jié)對現(xiàn)實來說還有相當?shù)目苹贸煞值脑?，那到了今天，它早已不再是什么新鮮事了。簡單的3D打印早已成為了孩子們的玩具。
而在產(chǎn)業(yè)層面，3D打印的應(yīng)用范圍則更廣，汽車、軍艦甚至是房子都可以打印出來。再比如我們上次介紹過的，用3D打印肉制品。
作為最能緊跟前沿技術(shù)的行業(yè)，醫(yī)療自然也不會放過這個風(fēng)口。到今天，醫(yī)療行業(yè)已經(jīng)初步形成了從醫(yī)療器械、器官到手術(shù)等全方位的3D系列產(chǎn)品和應(yīng)用。
那么其應(yīng)用現(xiàn)狀面貌究竟如何，又有哪些問題尚待解決？
3D打印都能干啥？
如果要問3D打印在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用最廣的是什么，那自然要數(shù)肢體和器官打印。
在人的身體上，可替換度最高的自然當屬肢體、牙齒等。這些部位的主要功用輔助人的行動和生活，功能單一，所以結(jié)構(gòu)也相對簡單。并且，四肢的殘缺理論上來說幾乎不會對人的壽命造成明顯的影響。因此，義肢、假牙很普遍，而3D打印技術(shù)一旦出現(xiàn)，其自然也被迅速應(yīng)用到這個領(lǐng)域中來。
目前在生活中，3D打印義肢技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。英格蘭一位女童裝上了3D手掌，一位農(nóng)民工則裝上了一塊頭蓋骨，甚至澳大利亞公司CSIRO可以為病人量身定做鈦制的胸骨和肋骨，從而為其打造一個3D胸腔。
而最近的一項研究也讓我們看到了AI和3D打印結(jié)合的可能性。加州大學(xué)伯克利分校和舒利韋爾牙科實驗室的一組研究人員建立了一個通用對抗網(wǎng)絡(luò)( GAN )，自動生成新的牙冠設(shè)計。它根據(jù)缺失牙齒的掃描來預(yù)測新牙冠的形狀。首先，掃描下頜缺失牙齒的一側(cè)以產(chǎn)生2D圖像。接下來，也掃描鉗口的相對側(cè)。GAN了解缺失牙齒所在間隙的距離，并在3D中使用新的牙冠設(shè)計填充該間隙。
由此可以預(yù)料的是，利用GAN建模的精準性，未來的3D打印也將會更加符合人的生理特征和功能指向。比如可以更好地解決接受腔的問題，從而令假肢的安裝更加舒適。
如果說打印肢體、牙齒等是easy級的話，那么，3D打印器官可能就是hard級。而相關(guān)的研究也正在有條不紊地展開。
3D打印器官之所以存在困難，是因為其內(nèi)部有大量的血管，并且各個器官的組織構(gòu)成也不一樣。比如大腦主要由大量的神經(jīng)組織構(gòu)成，要實現(xiàn)對神經(jīng)組織的打印和培養(yǎng)目前還是存在較大的技術(shù)困難的。
不過可喜的是，目前已經(jīng)有3D肝臟被打印出來，并且成功存活。美國生物科技公司Organovo就曾經(jīng)利用細胞3D打印技術(shù)，在細胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細胞組織。經(jīng)過在器皿中的培養(yǎng)，就可以生長為正常形狀的肝臟并移植到人體。只不過，這個肝臟的細胞在經(jīng)過打印后會失去活性，變成死細胞。
除了肝臟之外，腎臟、胰臟等器官也在研究當中。研究者們普遍認為，要實現(xiàn)真正功能健全、可移植的3D打印器官，至少還需要10年的時間。對于人體器官移植發(fā)展來講，10年的時間不算長，但也不短。一旦這項技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實，其帶來的改變將是革命性的：亟待手術(shù)的人們將不必因為等不到活體器官而絕望地死去，器官也將成為可以批量生產(chǎn)的商品。對解決活體器官短缺、延長人類壽命，甚至是產(chǎn)生新的器官供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈，都將帶來積極的影響。
手術(shù)可以重來：從“一次性”到“重復(fù)性”
3D打印另一項在醫(yī)療領(lǐng)域擁有絕對優(yōu)勢的應(yīng)用則是輔助手術(shù)。
手術(shù)是一項風(fēng)險性很高的工作，尤其是對內(nèi)臟等人體內(nèi)部器官組織的手術(shù)處理。千百年來，醫(yī)生們孜孜不倦地追求著如何提高手術(shù)成功率、改善患者的生命質(zhì)量。
最初在沒有任何可視的醫(yī)療設(shè)備的時候，醫(yī)生們判斷某一部位有問題的話，只能先打開身體，然后探索著尋找病變的位置，再實施手術(shù)。這個過程中醫(yī)生則主要依靠自身累計的經(jīng)驗來進行精準定位。但人體是各異的，在后來儀器、電子設(shè)備的加持下，醫(yī)生們在做手術(shù)之前通過技術(shù)手段就可以確定病灶，手術(shù)的精確性又相比經(jīng)驗手段大大提高。
無論是最初的“單刀直入”還是可視化的設(shè)備加持，手術(shù)有一個明顯的特征：一次性。
而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，手術(shù)操作開始具備了另一個特征：重復(fù)性。
芝加哥西北社區(qū)醫(yī)療的外科醫(yī)生最近就為一位腦瘤患者做了手術(shù)，利的正是3D技術(shù)。一般來說，大腦的細節(jié)是無法用肉眼來看到的，這為腦瘤的摘除增添了許多風(fēng)險。而通過對大腦的掃描，確定腫瘤位置之后，醫(yī)生們建立了一個3D的大腦病患模型。
那么，通過這個模型醫(yī)生們可以看到除了腫瘤之外的大腦的其他區(qū)域，對整個手術(shù)的區(qū)域了如指掌。最重要的是，通過腦部模型的構(gòu)建，他們可以在真正的手術(shù)之前展開多次模擬訓(xùn)練，以應(yīng)對任何可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，同時避免觸碰到可能會被意外傷害的腦部健康區(qū)域。
我國在3D打印應(yīng)用在手術(shù)方面也取得了技術(shù)的突破。上個月，南京醫(yī)科大學(xué)二附院心血管中心就利用3D打印心臟的技術(shù)，復(fù)制了一位心臟病患者的心臟，從而發(fā)現(xiàn)了其心臟中復(fù)雜的血管構(gòu)造，并通過模擬不同的手術(shù)手段，最終制定出了最佳的手術(shù)方案，并順利進行。
那么，當手術(shù)從“一錘定音”變成了可反復(fù)試驗的醫(yī)療手段，無疑將大大提高手術(shù)成功率，降低風(fēng)險。而在另一方面，通過對手術(shù)過程的重復(fù)性模擬，也會增加醫(yī)生們的操作熟練度，手術(shù)的時間會被大大縮短，患者也將避免遭受更長時間的手術(shù)痛苦。
越過山丘，還需要迎風(fēng)而行
除此之外，3D打印技術(shù)甚至還會用到制藥行業(yè)中去，實現(xiàn)患者按需打印藥物的可能；制作康復(fù)器械如矯正鞋墊、助聽器；打印植入物如骨骼等?？梢哉f3D打印技術(shù)正在全方位地影響著醫(yī)療行業(yè)的走向。
但是3D醫(yī)療也并非完美無缺，目前其推廣仍然面臨的幾個問題。
1. 材料問題。在以往的手術(shù)案例中往往會出現(xiàn)體內(nèi)植入物出現(xiàn)問題而讓患者遭受二次痛苦的情況，或是植入物有問題，或是植入物對人體造成了傷害。那么，3D打印技術(shù)作為一種新興技術(shù)，其也必然要考慮到這個問題。如果只是方便打印，那對它來說價值可能有點小。其如果能探索出更適合人體的材料，也將成為影響技術(shù)命運的重要一環(huán)。
2. 商業(yè)化推廣問題。一項技術(shù)如果只是花瓶，那它的命運必然是長久不了的。那么，對3D打印來說，其目前仍然存在于一些資金實力較強的醫(yī)院里。市面上普通的3D打印設(shè)備動輒幾十萬，醫(yī)院這種對精度要求較高的領(lǐng)域設(shè)備成本則更高。比如醫(yī)療對3D打印的精度的要求，日本一家廠商打印的3D肝臟上面的血管都清晰可見，達到這樣精度的設(shè)備，一般醫(yī)院難以承受。所以，加強技術(shù)的研發(fā)，降低設(shè)備成本，才可能是其快速下沉推廣的關(guān)鍵因素。
3. 打印器官的動能性問題。目前來說，雖然通過細胞的疊加已經(jīng)可造出了短暫存活的肝臟，但能夠造出并不代表著其就擁有了肝臟運轉(zhuǎn)的功能。事實上，器皿這樣的環(huán)境與人體是無法相比的，因此藥理測試會存在差異性。另外，如何制造運輸氧氣和營養(yǎng)的血管仍然是一個問題。這個問題不解決，細胞就無法長期存活。此外，這種3D打印器官在未來也要面對人體排異的問題。與目前的活體器官相比，其是會更好地適應(yīng)身體，還是不被接受？這些我們都不得而知。
而一旦涉及到器官，就會有人談?wù)搨惱韱栴}。不過既然是為了更好地保存生命，這個問題的爭議應(yīng)該不會特別激烈。
3D打印對醫(yī)療行業(yè)來說仍然算得上是一個新生事物。我們發(fā)現(xiàn)，每當有一項新技術(shù)產(chǎn)生，醫(yī)療行業(yè)總是迫不及待地想要去嘗試。這一方面反映了醫(yī)療問題的多樣性和復(fù)雜性，另一方面也體現(xiàn)了人類對生命的尊重和敬畏。而這份對生命的尊重，也會成為醫(yī)療從業(yè)者們用技術(shù)去越過山丘的不竭動力。
