2015年，市場(chǎng)研究公司Gartner 預(yù)計(jì)，醫(yī)療3D打印將成為將在兩到五年內(nèi)將增材制造（AM）推向主流的先鋒領(lǐng)域。四年過(guò)去了，我們決定對(duì)行業(yè)進(jìn)行研究，以確定Gartner的預(yù)測(cè)是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
在本文中，我們將探討過(guò)去一年中的一些醫(yī)學(xué)3D打印故事，以了解該技術(shù)所采用的水平。
3D打印植入物
在2018年8月，Osseus Fusion Systems獲得了第四次FDA 510（k）許可。這次是Aries家族的3D打印腰椎椎體間融合器。這家總部位于達(dá)拉斯的公司的設(shè)備采用Osseus專有的3D打印平臺(tái)PL3XUZ進(jìn)行打印。
據(jù)該公司稱，這些3D打印部件的孔隙率為80％，是一些最多孔的脊柱植入物。專有的網(wǎng)格設(shè)計(jì)使植入物能夠在增加骨細(xì)胞生長(zhǎng)的同時(shí)降低硬度，這是在植入物和放射可見(jiàn)度的創(chuàng)建中采用3D打印的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一。
第一個(gè)Aries－L側(cè)向椎體間部位于2019年1月首次植入患者體內(nèi)。重要的是要注意植入物是患者特異性的，這是3D打印醫(yī)療設(shè)備最重要的承諾之一，旨在改善治療結(jié)果。
“通過(guò)3D打印，我們能夠制造為患者定制的脊柱植入物，”參與該過(guò)程并協(xié)助開(kāi)發(fā)Aries系列的Sam Joseph，Jr。博士說(shuō)。“這意味著它們的椎間盤(pán)大小，椎骨的大小，椎骨的高度，以及它們?cè)诒巢靠赡墚a(chǎn)生的彎曲度。憑借這項(xiàng)尖端技術(shù)，我們可以為我們的患者提供植入物，例如Aries L椎體間融合器，可以在一定高度和一定長(zhǎng)度以及一定角度創(chuàng)建，為我們的患者提供更好的定制護(hù)理，這可以為患者帶來(lái)更好的結(jié)果。“
雖然3D打印的脊柱，顱頜面和膝關(guān)節(jié)植入物的數(shù)量正在增加，但3D打印的整形外科設(shè)備可能是最普遍的，部分由GE Additive子公司Arcam引領(lǐng)。到目前為止，自2007年以來(lái)，使用Arcam的電子束熔化（EBM）技術(shù)生產(chǎn)了超過(guò)100，000個(gè)臀杯。LimaCorporate是意大利骨科公司和Arcam的客戶，一直是該領(lǐng)域的先驅(qū)。它使用EBM制作了世界上第一個(gè)3D打印的髖關(guān)節(jié)植入物。
LimaCorporate最近與紐約市特殊外科醫(yī)院合作，在醫(yī)院環(huán)境中建立了第一個(gè)用于定制植入物的AM設(shè)施。雖然植入物通常是與LimaCorporate等專家一起在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行3D打印，但新設(shè)施可以使設(shè)備生產(chǎn)更接近護(hù)理點(diǎn)，減少等待時(shí)間和運(yùn)輸。該新網(wǎng)站預(yù)計(jì)于2020年開(kāi)業(yè)，將由意大利公司運(yùn)營(yíng)，為美國(guó)各地的醫(yī)院提供定制植入物，同時(shí)開(kāi)發(fā)新的醫(yī)療產(chǎn)品。
生物打印
生物打印的圣杯是3D打印患者特異性移植器官的能力，從而消除了等待名單和捐獻(xiàn)者的需要，更重要的是，對(duì)器官排斥的恐懼。我們距離實(shí)現(xiàn)這一現(xiàn)實(shí)還有幾年的時(shí)間（根據(jù)Gartner，2017年5到10年），但基礎(chǔ)技術(shù)仍在不斷發(fā)展。
例如，現(xiàn)在3D打印簡(jiǎn)單組織層正變得司空見(jiàn)慣。多家公司開(kāi)發(fā)了與研究應(yīng)用相關(guān)的產(chǎn)品。這包括PoieTIs，它已經(jīng)創(chuàng)建了一種基于激光的3D打印生物物質(zhì)方法，如皮膚細(xì)胞。該公司已建立了幾個(gè)與3D打印肝組織相關(guān)的合作伙伴關(guān)系，用于藥物測(cè)試和軟骨。在2018年初，PoieTIs成為第一個(gè)發(fā)布商業(yè)3D打印皮膚產(chǎn)品的公司，該公司與巴斯夫和歐萊雅合作。
該領(lǐng)域的另一位領(lǐng)導(dǎo)者是CELLINK，自幾年前成立以來(lái)迅速擴(kuò)展。該公司目前市場(chǎng)上有六種生物打印機(jī)，四種基于擠出技術(shù)，以及30至35種生物粉碎機(jī)。最初，大多數(shù)客戶都是希望在人體組織上測(cè)試藥物的藥物研究人員。
今年，我們已經(jīng)看到了第一個(gè)依賴生物打印的消費(fèi)產(chǎn)品的推出。在CES，強(qiáng)生公司（展示了露得清MaskiD中，3D印刷面罩基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)顧客的面部的3D圖像。使用智能手機(jī)3D相機(jī)拍攝的自拍照，露得清Skin 360系統(tǒng)根據(jù)人的面部確定皮膚病治療所需成分的位置。定制的水凝膠面膜由纖維素3D打印而成，使用刺槐豆和紅海藻以及露得清護(hù)膚成分制成，并交付給客戶。生物打印的組織血管結(jié)構(gòu)，從而開(kāi)辟了移植制造特定病人的器官的可能性。
手術(shù)工具
雖然醫(yī)學(xué)干預(yù)可能是醫(yī)學(xué)中3D打印時(shí)首先想到的應(yīng)用，但該技術(shù)也被認(rèn)為有助于醫(yī)療工具的發(fā)展。一家德國(guó)醫(yī)療公司Endocon開(kāi)發(fā)了一種3D打印設(shè)備，可以更輕松，可靠，快速地提取臀杯。
endoCupcut使用GE AddiTIve的Mlab cyr 100R系統(tǒng)打印刀片。刀片能夠沿著髖臼杯的邊緣切片，以便外科醫(yī)生可以在植入新的臀部杯之前松開(kāi)并移除臀部杯。根據(jù)患者的不同，外科醫(yī)生可以選擇15種尺寸的刀片。3D打印的使用加快了生產(chǎn)時(shí)間，使用鑄造刀片將廢品率降低了30％，使用3D打印不銹鋼降低了3％，每片刀片的成本降低了40％至45％。
在美國(guó)，強(qiáng)生公司通過(guò)引入個(gè)性化技術(shù)，進(jìn)一步采用3D打印手術(shù)工具。通過(guò)患者特定的手術(shù)導(dǎo)板，醫(yī)生不再需要使用一系列不同的工具尺寸到達(dá)手術(shù)室。相反，他們可以使用患者的CT掃描來(lái)生成解剖特異性工具，從而縮短手術(shù)時(shí)間并提高療效。
3D打印醫(yī)學(xué)的未來(lái)
除生物打印器官外，全球正在研究新的醫(yī)療技術(shù)。一些更獨(dú)特的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目包括多倫多大學(xué)的一組研究人員，他們創(chuàng)造了一種便攜式皮膚印刷設(shè)備，能夠?qū)⑸镄酒蛴〉絺谥校詭椭斡^(guò)程。墨水通常由基于蛋白質(zhì)的材料制成，例如膠原蛋白和纖維蛋白。打印只需兩分鐘，幾乎不需要操作員培訓(xùn)。未來(lái)的研究包括解決更大的傷口和進(jìn)行體內(nèi)研究。
同樣令人興奮的是明尼蘇達(dá)大學(xué)目前正在開(kāi)展的工作。以邁克爾·麥卡爾平（Michael McAlpine）為首的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)以3D仿真耳機(jī)而聞名，他創(chuàng)造了一款3D打印人工眼鏡。該產(chǎn)品由一個(gè)半球形玻璃圓頂組成，其上印有銀顆粒，然后是光電二極管。
這個(gè)過(guò)程只用了一個(gè)小時(shí)就形成了一個(gè)仿生眼，能夠以25％的效率將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)旨在提高光接收器的質(zhì)量，并使用柔軟的可植入材料作為基板。
科幻小說(shuō)領(lǐng)域的不足之處在于為手術(shù)準(zhǔn)備以及教育目的生產(chǎn)患者特定的醫(yī)學(xué)模型。作為該技術(shù)最不復(fù)雜的應(yīng)用之一，3D打印模型越來(lái)越多地用于幫助外科醫(yī)生在開(kāi)始復(fù)雜手術(shù)之前導(dǎo)航患者的解剖結(jié)構(gòu)。
雖然技術(shù)本身并不具有未來(lái)感，但3D打印醫(yī)療模型的廣泛采用。3D打印領(lǐng)導(dǎo)者，如Stratasys，Materialise和3D系統(tǒng)都參與提高技術(shù)的可訪問(wèn)性。與此同時(shí)，越來(lái)越多的醫(yī)院正在采用3D打印進(jìn)行模型創(chuàng)建。例如，退伍軍人事務(wù)部Puget Sound醫(yī)療保健系統(tǒng)與GE Healthcare合作，在美國(guó)各地的VA地點(diǎn)3D打印患者特定的醫(yī)療模型。即使采用率增加，也正在進(jìn)行研究以證明該技術(shù)在術(shù)前準(zhǔn)備方面的功效。
目前，醫(yī)療3D打印似乎或多或少跟蹤Gartner的曲線。助聽(tīng)器長(zhǎng)期以來(lái)一直是大規(guī)模制造3D打印的典范，現(xiàn)在看來(lái)其他應(yīng)用也不甘落后。