當(dāng)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 2288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(jì)算機(jī)建模，分分鐘就完成了一個(gè)復(fù)制品。
如果說在電影上映的2012年，這項(xiàng)3D打印的情節(jié)對現(xiàn)實(shí)來說還有相當(dāng)?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(gè)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(dāng)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(gè)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(gè)3D胸腔。
而最近的一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室的一組研究人員建立了一個(gè)通用對抗網(wǎng)絡(luò)( GAN )，自動生成新的牙冠設(shè)計(jì)。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(jì)填充該間隙。
由此可以預(yù)料的是，利用GAN建模的精準(zhǔn)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?yàn)槠鋬?nèi)部有大量的血管，并且各個(gè)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(shí)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(xì)胞3D打印技術(shù)，在細(xì)胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細(xì)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(gè)肝臟的細(xì)胞在經(jīng)過打印后會失去活性，變成死細(xì)胞。
除了肝臟之外，腎臟、胰臟等器官也在研究當(dāng)中。研究者們普遍認(rèn)為，要實(shí)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(shí)間。對于人體器官移植發(fā)展來講，10年的時(shí)間不算長，但也不短。一旦這項(xiàng)技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，其帶來的改變將是革命性的：亟待手術(shù)的人們將不必因?yàn)榈炔坏交铙w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(xiàng)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(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)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(shí)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(shí)施手術(shù)。這個(gè)過程中醫(yī)生則主要依靠自身累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行精準(zhǔn)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(yàn)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(gè)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(gè)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(xì)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(xiǎn)。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(gè)3D的大腦病患模型。
那么，通過這個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(jìn)行。
那么，當(dāng)手術(shù)從“一錘定音”變成了可反復(fù)試驗(yàn)的醫(yī)療手段，無疑將大大提高手術(shù)成功率，降低風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)間會被大大縮短，患者也將避免遭受更長時(shí)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(shí)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。可以說3D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(gè)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(gè)問題。如果只是方便打印，那對它來說價(jià)值可能有點(diǎn)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(yùn)的重要一環(huán)。
2. 商業(yè)化推廣問題。一項(xiàng)技術(shù)如果只是花瓶，那它的命運(yùn)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(shí)力較強(qiáng)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(dá)到這樣精度的設(shè)備，一般醫(yī)院難以承受。所以，加強(qiáng)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(xì)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(yùn)轉(zhuǎn)的功能。事實(shí)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(yùn)輸氧氣和營養(yǎng)的血管仍然是一個(gè)問題。這個(gè)問題不解決，細(xì)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(gè)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(gè)新生事物。我們發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)有一項(xiàng)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。
