洞悉醫(yī)用3D打印的成長現(xiàn)狀、研究、戰(zhàn)斗、規(guī)范與臨床運用及遠景

醫(yī)用增材生產(chǎn)的原料與其余多個行業(yè)應(yīng)用的原料擁有全面通用性，這是產(chǎn)生三維（3D）打印行業(yè)的首要根基。在醫(yī)學(xué)行業(yè)，3D打印最初用來生產(chǎn)生物假體，現(xiàn)已擴展至細胞、組織和器官打印，并用來生產(chǎn)醫(yī)用機械人?，F(xiàn)在，各類別致的資料正在出現(xiàn)，并將供應(yīng)更多臨床運用計劃以供醫(yī)師選取——特別是用來治愈棘手的重病。

華夏工程院邱貴興院士、丁文江院士等科研職員在華夏工程院院刊《Engineering》撰文指出，醫(yī)用增材生產(chǎn)使得咱們開發(fā)更好的資料、設(shè)計和生產(chǎn)新技巧，創(chuàng)建經(jīng)過驗證的臨床指標和運用計劃，以期通過提升醫(yī)療效能與安全性使患者受益。文章圍繞醫(yī)用增材生產(chǎn)原料的研究與戰(zhàn)斗，醫(yī)用增材生產(chǎn)前端技巧的研究與運用，醫(yī)用增材生產(chǎn)產(chǎn)品的認證規(guī)范、法規(guī)及評估系統(tǒng)，醫(yī)用增材生產(chǎn)產(chǎn)品的臨床運用等方面進行了全面的解析與預(yù)測。

面向?qū)淼馁Y料與增材生產(chǎn)運用開發(fā)

一、醫(yī)用增材生產(chǎn)原料的研究和戰(zhàn)斗

醫(yī)用增材生產(chǎn)的原料與其余多個行業(yè)應(yīng)用的原料擁有全面通用性，這是產(chǎn)生三維（3D）打印行業(yè)的首要根基。這類行業(yè)的增材生產(chǎn)在資料型號、粉體特征、成型性和黏彈性等方面面對著相近的問題和戰(zhàn)斗。比如，航空行業(yè)采取了多種金屬資料，而生物醫(yī)學(xué)行業(yè)會應(yīng)用金屬、聚合物和無機資料。在生物醫(yī)學(xué)行業(yè)，運用最全面的資料是生物相容性資料。3D打印還會用到各類均質(zhì)和非均質(zhì)復(fù)合資料，這為增材生產(chǎn)帶來了更多的戰(zhàn)斗；應(yīng)用異質(zhì)復(fù)合資料進行3D打印特別富有戰(zhàn)斗性。

3D打印已變成支持粵港澳大灣區(qū)工業(yè)成長的首要分類之一。在醫(yī)學(xué)行業(yè)，3D打印最初用來生產(chǎn)生物假體；但現(xiàn)已擴展至細胞、組織和器官打印，并用來生產(chǎn)醫(yī)用機械人。不少擁有特殊部件或特征的器械需通過可以搭配3D乃至四維（4D）打印技巧的專用資料制成（在4D打印中，產(chǎn)品會緊隨時間的推移而產(chǎn)生改變，進而生成另一類維度）。在增材生產(chǎn)產(chǎn)品的梯度設(shè)計中，首先須要建立和打印產(chǎn)品。在產(chǎn)品研究之初，就能測驗生物降解性和生物相容性等根本特征。3D打印的由外形記憶合金產(chǎn)生的血管支架等自動器械也加入了研究（R&D）階段。由此因此，各類別致的資料正在出現(xiàn)，并將供應(yīng)更多臨床運用計劃以供醫(yī)師選取——特別是用來治愈棘手的重病。

《自然》于2017年初次刊登的超納米雙相鎂合金是一類擁有極強顆粒崩解性且能生物降解的金屬；它的運用不單推動了3D打印的成長，況且開始了4D打印的機會之門。固然身體是一套高難的機器體系，但3D和4D打印有也許超過身體力學(xué)的極限，通過技巧革新到達加強身體的目標。傳統(tǒng)的3D打印技巧源自外國企業(yè)，并含蓋3D打印原料的研究，而這類原料往往會被這類企業(yè)所壟斷。這促使研究生物醫(yī)用的擁有主動常識產(chǎn)權(quán)的粉體或油墨原料以滿足海內(nèi)運用需要擁有首要意思。因而，人們必需注重原料的革新和開發(fā)、品質(zhì)操控并制訂有關(guān)規(guī)范和法規(guī)——特別是對于臨床運用研究的三種植入物。

臨床場景亟需耐藥抗生素，以及其首要性與日俱增。近年來，少量的研發(fā)將資料與抗菌醫(yī)藥相結(jié)合，并已刊登多篇有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，如一維資料（金屬、銀離子、金離子和銅離子等）和二維（2D）資料（硫化鉬和石墨烯等）的結(jié)合。新資料與抗生素的結(jié)合并且與3D打印的進一步交融不單是資料增加物的下一步研發(fā)方向，也須要進一步的出資以實行臨床運用。

3D打印和原資料研究之間從一開啟就須要創(chuàng)建協(xié)同聯(lián)系。從資料生產(chǎn)的角度而言，3D打印的成型、制備和固化流程有別于傳統(tǒng)加工流程。比如，鈦合金在臨床運用中已然非常成熟，但不可直接用來3D打印。這類資料必需首先被霧化成粉體，并優(yōu)化其成份構(gòu)成，以應(yīng)用于3D打印。因而，要害的研發(fā)方向應(yīng)含蓋研究應(yīng)用于3D打印的原料并且傳統(tǒng)醫(yī)用金屬資料的定向設(shè)計，以及研發(fā)中須要展開多學(xué)科合作。

近年來，鎂和鎂合金在骨缺損恢復(fù)方面展現(xiàn)出較大的運用后勁，以及特別應(yīng)用于組織再生后勁低的狀況。植物試驗和臨床實驗均標明鎂合金擁有優(yōu)良的成骨功效和療效。但因為鎂和鎂合金極易氧化，因此怎樣減小純鎂粉末或鎂合金粉末的氧化是3D打印生產(chǎn)流程中需處理的要害問題。如產(chǎn)生氧化，則粉體易在3D打印固化流程中生成冷間壁，這將明顯減低資料的疲憊功能，造成器械過早失效。在純鎂或鎂合金粉末的制備流程中，氧含量的操控至關(guān)首要。因而，應(yīng)依據(jù)需應(yīng)用的有關(guān)資料的研究和選取設(shè)計3D打印設(shè)施。假設(shè)能通過協(xié)同方法處理上述問題，則有也許處理當下的3D打印難題，并迎來3D打印技巧在醫(yī)療器械行業(yè)運用的較大成長，特別是在具有巨大醫(yī)療需要的國度（如我國）。

從學(xué)科成長的角度而言，3D打印已從傳統(tǒng)的資料打印（如打印擁有庇護性能的器械）成長到用來組織恢復(fù)和器官再生的細胞—資料打印，其性能也從單一的恢復(fù)性能成長為治愈重病或組織再生的性能。比如，在骨腫瘤手術(shù)中，3D打印將傳統(tǒng)的生物陶瓷骨恢復(fù)性能與光動力療法相結(jié)合，以解決骨腫瘤手術(shù)后的初期腫瘤復(fù)發(fā)并強化對有關(guān)骨缺損的恢復(fù)。3D打印曾用來制造多孔支架資料，以實行骨缺損再生的性能；現(xiàn)在3D打印首要運用于軟組織，如肌膚和肌肉恢復(fù)?？茖W(xué)家能通過3D打印生產(chǎn)構(gòu)造高難的心臟并且擁有呼吸性能的肺泡。

3D打印流程中需處理下列要害問題：

第一，怎樣調(diào)整身體的高難仿真構(gòu)造及性能；

第二，怎樣從空間和時間上散布擺列多個器官；

第三，可否依據(jù)重病本質(zhì)有效統(tǒng)一傳統(tǒng)的組織再生和器官性能恢復(fù)。

在仿真構(gòu)造行業(yè)，3D打印生物陶瓷蓮藕構(gòu)造可有效疏導(dǎo)細胞生長并督促顱骨再生。實際的組織或器官的構(gòu)造十分精致高難，它含蓋不同細胞的對應(yīng)空間散布。假設(shè)能通過3D打印確認不同細胞的空間和時間擺列，則可處理體內(nèi)高難器官的再生問題。在骨腫瘤等重病治愈時，通過手術(shù)可切除大一些腫瘤，但切除并且術(shù)后修復(fù)性能也許不能殺死整個殘留的腫瘤細胞，而3D打印能為該問題供應(yīng)一類處理計劃。

固然過去數(shù)年來已有研發(fā)者刊登了多篇牽扯這類行業(yè)的學(xué)術(shù)論文，但離實行真實的常規(guī)化臨床醫(yī)療運用仍舊有很長的距離。我國在借用3D打印實行骨組織再生方面作出了較大積極。雖然必需參考生物安全和倫理問題，但生物3D打印與組織工程學(xué)相結(jié)合有望處理擁有高難組織的資料細胞打印中面對的內(nèi)部構(gòu)造和內(nèi)部性能難題。

將來首要從四個方面參考3D打印原料的研究方向：

首先，3D打印需要應(yīng)用粉末資料，這就對資料研究提出了新需要；

其次，3D打印醫(yī)療與資料的相結(jié)合，對有關(guān)資料的辨別提出了新需要；

再次，當3D打印運用于醫(yī)療時，應(yīng)該參考資料的加工特征及可調(diào)控性；

最終，生物3D打印對不同資料和細胞的空間散布提出了更高的需要。

二、醫(yī)用增材生產(chǎn)前端技巧的研究與運用

骨科植入物的外形、構(gòu)造、設(shè)計和設(shè)施的功能取決于打印原理和工藝。打印設(shè)施的可反復(fù)性在生產(chǎn)流程中也須要參考。

除了原料和3D打印設(shè)施外，還需看重增材生產(chǎn)中的下列要害工藝：加工擁有不同工藝特點的多元復(fù)合資料；調(diào)整不同資料的非均一性（也許須要應(yīng)用高難的加工技巧）；在多元資料加工中，不同資料的界面特征導(dǎo)致了資料之間的界面不安穩(wěn)，促使成品的完好性受損；高難多層構(gòu)造的精密成型并且梯度的擺列組合也是須要關(guān)心的首要難題；針對生物打印而言，活細胞被視為生物資料的一一些，因此供養(yǎng)打印后細胞的活性和性能也至關(guān)首要。

成為骨科資料的金屬醫(yī)用資料（如鈦合金）在臨床運用中存在難以超越的問題。比如，這類資料的彈性模量很高，這也許引發(fā)應(yīng)力遮擋效應(yīng)和韌性不夠的問題。聚醚醚酮（PEEK）是新一代的醫(yī)用植入資料之一，其好處在于密度和模量靠近天然的皮質(zhì)骨，但毛病是熱導(dǎo)率過低，同時借用3D打印制造聚醚醚酮器械的生產(chǎn)流程也碰到了急需處理的難題。我國工程師發(fā)明了用來3D打印的冷沉積工藝，該工藝通過設(shè)置噴管冷卻率、冷卻前提和其余屬性來調(diào)操控備流程。該工藝可調(diào)控聚醚醚酮的結(jié)晶度并操控其結(jié)晶度的分子程度，以調(diào)控聚醚醚酮的機器功能。迄今為止，工程師們已應(yīng)用3D打印的聚醚醚酮器械治愈了70多例臨床病例，實行了從最開啟的滿足外形需要到滿足功能需要的成長。但人工假體與宿主組織的調(diào)整是一項須要在將來的資料設(shè)計和制備流程中處理的任務(wù)。在資料設(shè)計中準則上應(yīng)滿足其預(yù)料性能，同時應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)工藝，以滿足訂制假體的性能需要。

生物組織的3D打印技巧也被稱為生物打印，該技巧已用來將胚胎干細胞拆卸成球體，調(diào)節(jié)球體大小，并使干細胞分化生成胚胎。比如，生物打印可使干細胞沉積成球體，并誘導(dǎo)其變成肝細胞，以供醫(yī)藥測驗。與傳統(tǒng)模型相比，由生物打印技巧建立的體外3D模型更靠近身體，以及應(yīng)用這類模型獲取的結(jié)果能更真正地反映實際狀況。在醫(yī)藥研究流程中，依據(jù)2D模型展開的試驗通常不太確切且順利率過低，造成少量資源被耗費。生物打印可用來制造更靠近身體的仿真模型，進而為生物成長、癌癥研發(fā)和新藥研究供應(yīng)了出色的工具。

生物打印必需含蓋下列方法：

第一，需設(shè)計3D打印的生物資料特征。細胞可成為生物資料，如打印含細胞的生物資料，需參考在打印完結(jié)后供養(yǎng)細胞性能。機械設(shè)備和3D打印資料的研究也須要反映這類進展。

第二，需確認生物打印的組織怎樣闡揚功效。在生物打印成長之初通常能直接打印擁有形式類似的器官或組織，如心臟和血管?？墒?，這類生物器官或組織不單可實行3D打印，還需生成特有的性能，因而資料設(shè)計和生產(chǎn)面對著更艱難的戰(zhàn)斗。

第三，在細胞打印流程中，需在特定位子打印不同細胞，以持續(xù)三維構(gòu)造，并保證打印的細胞擁有很高的存活率，須要根據(jù)特定的空間散布，以闡揚對應(yīng)的性能。

打印不同種細胞時，需特別注重細胞與細胞之間的界面。但就現(xiàn)在的生物打印工藝而言，在打印流程中難以實行精確擺放細胞并以免活細胞傷害。在實際操控流程中細胞傷害頻繁顯現(xiàn)，因此難以進行運用。微流體技巧中高難微流道可用來細胞打印的生物打印噴頭。生物打印現(xiàn)在可用來制造器官芯片，進而實行體外器官的一些性能，以便展開新藥評價、醫(yī)藥檢驗等工作。綜上所述，①生物打印應(yīng)該用來建立超前的仿真生物模型；②從技巧角度看，打印的器官芯片必定能實行體內(nèi)仿真；③生物需要應(yīng)與人工自動、大信息和深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，在臨床運用遠景變成現(xiàn)實此前，需盡早關(guān)心到這一點。生物科學(xué)家和臨床醫(yī)生從一開啟就應(yīng)該展開緊密協(xié)作，含蓋對詳細臨床順應(yīng)癥或運用展開對于性研發(fā)，以便未來能更迅速且有效地將研發(fā)成果轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床運用。

針對生物生產(chǎn)和臨床運用行業(yè)的顧問和學(xué)者而言，解讀怎樣將3D打印從形式類似改變?yōu)樾阅茴愃剖质滓?D打印的革新觀念是指緊隨熱度和電磁場等屬性的改變，3D打印的資料外形產(chǎn)生改變。但當3D打印資料用來身體時，這類資料可緊隨植入時間的延續(xù)而長入生物體，這也是一類維度。身體醫(yī)用植入物需歷經(jīng)體系的生產(chǎn)流程，含蓋設(shè)計、資料、3D打印、后解決（含蓋熱解決和外表解決）、質(zhì)檢、包裝、手術(shù)和痊愈。為保證臨床運用獲取順利，以上方法均不得有誤。另外，需放慢國度藥品監(jiān)督治理局（NMPA）檢查，以實行工業(yè)沖破。因醫(yī)用植入物是訂制品，因此難以根據(jù)國度藥品監(jiān)督治理局的倡議（偏重于體系驗證）對其進行檢查。當通過3D打印打印器官或組織時，僅打印出相似外形遠不夠以滿足需要；打印出的產(chǎn)品還必需具有對應(yīng)的性能，這是醫(yī)療3D打印的成長方向。

三、創(chuàng)建醫(yī)用增材生產(chǎn)產(chǎn)品的認證規(guī)范、法規(guī)及評估系統(tǒng)

為實行3D打印產(chǎn)品的后續(xù)工業(yè)運用，各有關(guān)機構(gòu)應(yīng)通力協(xié)作，以及上層建筑需闡揚要害的主導(dǎo)功效。

醫(yī)用增材生產(chǎn)技巧的首個沖破產(chǎn)生在骨科和牙科行業(yè)，并在這類行業(yè)正漸漸成熟。因而，早在2010年就對于骨科和牙科產(chǎn)品提出了3D打印醫(yī)用植入物法規(guī)?，F(xiàn)在，國度藥品監(jiān)督治理局對于臨床運用已核準四種3D打印規(guī)范產(chǎn)品。國度藥品監(jiān)督治理局率先參考將其用來成熟或已然驗證過的行業(yè)，如骨科和牙科行業(yè)，并由不同省份生產(chǎn)訂制產(chǎn)品的部件。因增材生產(chǎn)產(chǎn)品含蓋訂制產(chǎn)品，因此國度藥品監(jiān)督治理局策劃創(chuàng)建一套完好的評價體系?，F(xiàn)在，國度藥品監(jiān)督治理局已制訂了40項對于獲取醫(yī)療器械申請證的引導(dǎo)準則，此中7項準則與增材生產(chǎn)相關(guān)。將來將創(chuàng)建有關(guān)的規(guī)范系統(tǒng)、監(jiān)管系統(tǒng)、引導(dǎo)準則、申請技巧文件和信標系統(tǒng)，以重點成長臨床運用并獲得沖破。骨科行業(yè)的某類方面比其余方面更易施行增材生產(chǎn)。華夏工程院（CAE）應(yīng)鞭策對應(yīng)的專業(yè)研發(fā)項目，以結(jié)合醫(yī)學(xué)和資料行業(yè)并創(chuàng)建高效、科學(xué)和確切的驗證系統(tǒng)。

我國《醫(yī)療器械制造監(jiān)督治理方法》將醫(yī)療器械的安全性和有效性列為主要的需要?，F(xiàn)在，美國食品藥品監(jiān)督治理局（FDA）首要根據(jù)合理裁定和有效的科學(xué)根據(jù)操控危害并保證醫(yī)療產(chǎn)品能安全有效運用，進而改進公眾健康。針對增材生產(chǎn)行業(yè)的新式醫(yī)療器械，須要創(chuàng)建對應(yīng)的監(jiān)管科學(xué)來驗證申請產(chǎn)品的功能。申請前須要完結(jié)的首要任務(wù)含蓋展開多核心臨床實驗和醫(yī)學(xué)研發(fā)，并且制造經(jīng)過總結(jié)和同行評審并通過科學(xué)類出版物刊登的產(chǎn)品，進而為臨床實踐供應(yīng)首要根據(jù)。這種研發(fā)和制造將有助于革新產(chǎn)品的研究，以及便于在產(chǎn)品的臨床運用時期對全部應(yīng)用流程進行監(jiān)測。四川大學(xué)醫(yī)療器械監(jiān)管科學(xué)研發(fā)院是世界首個解決醫(yī)療器械有關(guān)監(jiān)管事務(wù)的學(xué)術(shù)機構(gòu)，其任務(wù)是通過預(yù)驗證微風(fēng)險操控創(chuàng)建醫(yī)療器械的監(jiān)管科學(xué)。這項監(jiān)管科學(xué)應(yīng)依據(jù)客戶、產(chǎn)品研究職員和公司危害操控等布景數(shù)據(jù)涵蓋醫(yī)療產(chǎn)品的全部生命周期。

對于訂制產(chǎn)品制訂的海內(nèi)法規(guī)和國際法規(guī)之間存在差別。在英國，對于訂制設(shè)施的中心治理觀念如下：除與資料有關(guān)的事項外，增材生產(chǎn)的全部制造流程均由內(nèi)科醫(yī)師負責(zé)，含蓋對臨床患者的計算機體層成像（CT）或磁共振成像（MRI）圖片信息收集、生產(chǎn)、臨床醫(yī)生確定并且隨后的臨床運用。我國公司關(guān)心的焦點是在上市前獲取國度藥品監(jiān)督治理局頒布的申請證書。英國的現(xiàn)狀標明，我國應(yīng)盡量對于訂制的醫(yī)療器械公布明確的申請指南，并放慢臨床轉(zhuǎn)變。有關(guān)申請指南應(yīng)兼?zhèn)浼记煽尚行圆⑶覟楦鞣骄喸鞂嶋H利益——特別是患者。醫(yī)用增材生產(chǎn)的可反復(fù)性并且生產(chǎn)成品（不管用來人類、植物模型還是細胞模型）的特點均須根據(jù)規(guī)范化方法實行。在將來的研究和臨床運用中，這項課題值得進一步思索和討論。

一切新技巧和新式資料——特別是3D打印的三種醫(yī)療產(chǎn)品——在臨床運用前均需施行體系性評價，并通過監(jiān)管機構(gòu)審批。醫(yī)用增材生產(chǎn)技巧仍處于開拓起步階段。現(xiàn)在，3D打印技巧在骨科和牙科行業(yè)的臨床運用中仍需戰(zhàn)勝幾大難題：危害擔(dān)責(zé)界定不明，臨床申請和審批時間過長。這是由于難以評價此類產(chǎn)品的預(yù)料臨床成效，3D打印生產(chǎn)的產(chǎn)品特別這樣。另外，產(chǎn)質(zhì)量量操控系統(tǒng)尚未完美。固然臨床前科學(xué)家發(fā)動的臨床研發(fā)目標并不臨床申請，但有關(guān)治理過程和品質(zhì)操控系統(tǒng)必需滿足對應(yīng)的內(nèi)科醫(yī)療需要。

四、醫(yī)用增材生產(chǎn)產(chǎn)品的臨床運用

3D打印是用來骨科髖關(guān)節(jié)重建行業(yè)的首要技巧之一。除了已在骨腫瘤和髖關(guān)節(jié)重建手術(shù)中采取的3D打印鈦合金外，人們還研究了擁有優(yōu)良生物相容性的3D打印多孔鉭金屬。資料行業(yè)學(xué)者并且骨科醫(yī)師現(xiàn)在已對3D打印多孔醫(yī)用鉭金屬進行了評價；實際上，已有部分臨床病例應(yīng)用了這類資料。3D打印多孔鉭金屬已在脊柱、髖關(guān)節(jié)和肢體靜脈曲張手術(shù)中進行了臨床運用，并獲得了優(yōu)良的臨床療效。3D打印多孔鉭金屬不但能實行仿真骨小梁構(gòu)造的設(shè)計和生產(chǎn)，還擁有優(yōu)良的細胞黏附性和生物相容性。同時，這類資料的彈性模量和強度合適局部場景。臨床試驗結(jié)果標明，3D打印多孔鉭金屬能與骨骼慎密結(jié)合，術(shù)后性能修復(fù)的成效令人滿意。試驗結(jié)果和臨床結(jié)果均證明3D打印能準確操控尺寸，并擁有優(yōu)良的療效。3D打印還能用來近程醫(yī)學(xué)行業(yè)。華夏云南軍區(qū)總醫(yī)院骨腫瘤患者的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)通過近程傳輸至醫(yī)院3D醫(yī)學(xué)試驗室，進而進行仿生設(shè)計和打印制造；制造出的產(chǎn)品將送至云南當?shù)蒯t(yī)院，并在消毒后運用于手術(shù)之中。

緊隨人口漸漸老齡化，我國到2020年將有近4.5億年紀超越60歲的老人。依據(jù)現(xiàn)在上報的脊柱骨折率（30%），估計2020年后將有超越1億例脊柱骨折的病例。在骨科的運用當中，用3D打印技巧治愈這種富有戰(zhàn)斗性的重病時需要相當刻薄。緊隨金屬資料打印在骨科運用行業(yè)的逐漸成熟，可應(yīng)用3D打印生產(chǎn)個人化的仿生和仿真構(gòu)造?？墒牵F(xiàn)有的打印技巧均為體外打印或離體打印，不可直接在體內(nèi)實行（即“體內(nèi)打印”）。3D打印技巧大概能處理骨缺損臨床恢復(fù)填充問題，假設(shè)能實行體內(nèi)打印，則有望在骨科行業(yè)展開更多醫(yī)療和產(chǎn)業(yè)協(xié)同研發(fā)，進而使患者進一步受益。

如上所述，3D打印能為骨科醫(yī)師供應(yīng)確切有效的治愈方式，擁有廣大的臨床運用遠景。醫(yī)療和產(chǎn)業(yè)部門在增材生產(chǎn)和臨床運用方面的協(xié)作擁有首要意思，但指定機構(gòu)應(yīng)該監(jiān)管到位，以便經(jīng)歷充足的醫(yī)師和工程師能展開高效協(xié)作，并完結(jié)這一艱難任務(wù)。通過研發(fā)創(chuàng)建更多規(guī)范并且規(guī)范化過程，進而優(yōu)化全部流程，并順遂完結(jié)對這類資料的體系性評價。

現(xiàn)在，3D打印在術(shù)前計劃模型的運用和成長相對成熟，但3D打印生產(chǎn)的器械過于粗拙，外表并非平滑。假設(shè)可在這一方面作出改善，將為骨科醫(yī)師施行當下的臨床運用供應(yīng)較大輔助。

現(xiàn)在，醫(yī)用3D打印采取了已到達成熟運用程度的導(dǎo)航機械人技巧，但骨科和牙科的3D打印內(nèi)科手術(shù)導(dǎo)板及附件在將來的成長后勁仍有待通過骨科手術(shù)進行驗證。雖然打印導(dǎo)板和附件的價錢相對昂貴，但這類器械在手術(shù)流程中存在不能以免的毛病。比如，假設(shè)期望通過寬切口切削骨骼并除去一切軟組織時，因為導(dǎo)板實際上只可扣在骨骼外表，因此在臨床上不可完全切削軟組織。

另外，3D打印在缺少獨到構(gòu)造特點的骨外表的運用遠景有限，如平滑曲面。在手術(shù)時期，這類曲面難以根據(jù)術(shù)前仿生位子施行切除、置換和貼附。在研究訂制假體和內(nèi)部支持構(gòu)造的流程中，3D打印不可處理持久植入構(gòu)成的問題，如假體斷裂、松動或掉落。

在未來，人們在注重個性化設(shè)計的同時須要關(guān)心3D打印個性化植入物的安全性。用訂制植入物代替大范圍規(guī)范化產(chǎn)品時，3D打印產(chǎn)品的本錢遠超傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制造產(chǎn)品的本錢，這向臨床醫(yī)學(xué)變革提出了較大戰(zhàn)斗。

因而，對3D打印的研發(fā)應(yīng)偏重于處理傳統(tǒng)方式（如傳統(tǒng)減材生產(chǎn)）不能處理的問題。這種問題含蓋：怎樣準確地打印出與骨小梁構(gòu)造完全一致的構(gòu)造，以及在其外表建立有利于骨骼生長的涂層。針對置換存在缺點的大段骨手術(shù)中，打印構(gòu)造尺寸適中是施行手術(shù)的先決前提，這也是3D打印需參考的問題。

通過優(yōu)化性能構(gòu)造來誘導(dǎo)軟組織再生針對關(guān)節(jié)手術(shù)十分首要。在我國，對于軟組織的再生研發(fā)已然變成一項擁有明顯臨床意思的重要國度策略，在發(fā)達國度也是如此。運動體系的組織（含蓋軟骨、韌帶和肌腱）是關(guān)節(jié)的首要構(gòu)成一些。

人們已研發(fā)了多種資料在軟組織恢復(fù)中的運用，含蓋傳統(tǒng)金屬資料、鉭、鈦并且其余可吸收金屬。但這類資料不可直接用作生物資料，這標志著全部軟組織的更換在面對較大需要的同時也須要面對重要戰(zhàn)斗。依據(jù)舉薦的資料，當下的臨床試驗中已采取多種構(gòu)造精致且生物微場景合適的天然生物資料進行軟組織恢復(fù)或更換，如膠原蛋白、優(yōu)化絲心蛋白、膠原凝膠和細胞外基質(zhì)，并在體內(nèi)試驗中獲得了優(yōu)良療效。

研發(fā)證明，細胞外基質(zhì)可用作3D打印原資料，并在軟骨再生方面獲得了首要成果。3D生物打印在恢復(fù)軟組織傷害方面有較大的后勁。在組織恢復(fù)流程中，生物3D打印建立的微場景將明顯牽連干細胞向組織傷害部位的遷移。為便于調(diào)控組織再生和細胞恢復(fù)，必需從構(gòu)造和性能兩方面優(yōu)化3D打印生物資料。與不能降解金屬資料相比，細胞外基質(zhì)資料在身體內(nèi)將產(chǎn)生降解，進而與組織再生生成優(yōu)良的交互性和平衡性。增材生產(chǎn)已實行對生物資料的構(gòu)造設(shè)計和精致生產(chǎn)，并在應(yīng)用兩性生物資料制備外形高難的多級微孔構(gòu)造方面獲得了沖破。這類構(gòu)造能誘導(dǎo)干細胞分化，以實行總體組織恢復(fù)。

總之，醫(yī)用增材生產(chǎn)行業(yè)已快速成長，并已處理了多項臨床難題。多種骨科產(chǎn)品的形式和性能漸漸被人們所接受，而應(yīng)用3D技巧進行骨科手術(shù)的需要也與日俱增。但臨床場景中仍然存在不少懸而未決且充斥戰(zhàn)斗性的狀況，含蓋原資料的選取等。3D打印正歷經(jīng)著一場當代產(chǎn)業(yè)反動，該技巧行業(yè)有優(yōu)良的運用遠景，以及其研究和運用范疇廣大。但3D打印技巧現(xiàn)在僅把握在個別幾個首要產(chǎn)業(yè)國手中，與之對應(yīng)的原資料也被這類國度壟斷。因而，咱們需參考研究擁有主動常識產(chǎn)權(quán)的原料，并且沖破技巧瓶頸。

另外，與傳統(tǒng)或常規(guī)加工工藝相比，含蓋選取性激光燒結(jié)（SLS）和選取性激光融化（SLM）在內(nèi)的多項3D打印技巧既有優(yōu)勢，也存在不夠。此外，有必須展開十足的臨床運用研發(fā)。除了使資料闡揚對應(yīng)性能外，還需從器官程度使3D生物打印在生物學(xué)性能方面獲得沖破。運動體系相對較易到達所需的機器功能，但這仍然不能完全代替骨骼缺失一些。假設(shè)能器具有生物性能的植入物代替缺失的一些，則能能獲得更好的成效。咱們等待著創(chuàng)建有關(guān)平臺，以實行聯(lián)合研發(fā)、革新和開發(fā)，這明顯須要在醫(yī)師和產(chǎn)業(yè)之間創(chuàng)建協(xié)作聯(lián)系。但針對3D打印企業(yè)而言，仍然有一一些增材生產(chǎn)產(chǎn)品須要通過傳統(tǒng)的加工方式進行加工。臨床運用研發(fā)需謹嚴地展開，同時根基研發(fā)須要革新，也須要謹嚴。

本文選自華夏工程院院刊《Engineering》2020年第11期

作家：邱貴興，丁文江，田偉，秦嶺，趙宇，張聯(lián)盟，呂堅，陳代杰，袁廣銀，吳成鐵，盧秉恒，杜如虛，陳繼明，Mo Elbestawi，顧忠偉，李滌塵，孫偉，趙遠錦，赫捷，金大地，劉斌，張凱，李鑒墨，Kam W. Leong，趙德偉，郝定均，敖英芳，鄧旭亮，楊惠林，徐少克，陳英奇，李龍，樊建平，聶國輝，陳蕓，曾暉，陳瑋，賴毓霄