中外對比，生物3D打印發(fā)展趨勢如何？

來源： 諾普再生醫(yī)學(xué)

醫(yī)療生物3D打印是再生醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、機械學(xué)等多學(xué)科融合基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種跨學(xué)科和領(lǐng)域的新興再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)。該技術(shù)把人造組織和生物器官進行三維圖像數(shù)字化，隨后利用計算機輔助設(shè)計三維模型，并對模型進行分層和數(shù)控編程，以加工活性材料包括生物材料、生長因子、細胞等為主要內(nèi)容，最終制造出具備生物功能的人造組織或器官。

▲諾普再生利用生物3D打印技術(shù)打印的耳朵

重任
今天，我們看到全世界器官移植的需求激增，據(jù)權(quán)威統(tǒng)計，每年全球有600多萬病人在等待器官移植，中國也有150萬病人在等待移植，移植器官滿足率僅為1比150。

《中國科學(xué)院院刊》數(shù)據(jù)表明，每年約有500萬人皮膚燒傷、燙傷；
《中國心血管病報告2016》數(shù)據(jù)表明，每年約330萬人死于心腦血管疾��；
《中國腫瘤臨床與康復(fù)》數(shù)據(jù)表明，每年約429萬人新發(fā)癌癥，281萬人死于癌癥；
《中國腫瘤》數(shù)據(jù)表明，每年約10萬人罹患惡性血液疾��；
《中國工程科學(xué)》數(shù)據(jù)表明，每年約30萬人等待肝移植，獲得移植者僅3000余人；
《Gainp et al.JAMA Ophthalmol.2015》數(shù)據(jù)表明，每年約200萬人等待角膜移植，獲得移植者僅4000余人。

令人惋惜的是，這些血淋漓的數(shù)字每年還在上升！

延續(xù)
人類對于生命的探索從未停止，隨著醫(yī)療手段愈發(fā)先進，人類壽命也正在不斷的延長。在人體器官發(fā)生衰老、疾病及不可控意外的現(xiàn)況下，人體組織修復(fù)的需求有著巨大的增量，因此，近年來，被成為第三醫(yī)療手段的——醫(yī)療生物3D打印技術(shù)獲得了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。

從技術(shù)層面來說，醫(yī)療生物3D打印從學(xué)術(shù)界經(jīng)過了數(shù)十年的積累目前已經(jīng)逐漸在臨床應(yīng)用層面進行轉(zhuǎn)化，構(gòu)建人體組織器官，包括骨、軟骨、皮膚、血管等已經(jīng)取得了較大突破。

▲生物3D打印三步曲

醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展，不僅改變了術(shù)前診斷的方式，更徹底顛覆了手術(shù)的面貌，伴隨著工程學(xué)與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，多維度的思考與認知，讓科學(xué)家開始了一個大膽的嘗試——打印細胞。

"我們用3D打印的技術(shù)指導(dǎo)把他一顆復(fù)雜的先心的病變能夠在術(shù)前展示出來，盡量減少手術(shù)的風(fēng)險，同時做到手術(shù)的精確性"——美國明尼蘇達醫(yī)學(xué)院心臟移植中心 廖康雄主任

目前，也有越來越多的科研界人士認為，該技術(shù)能夠成為研究人體組織器官的有效工具，無論是材料、細胞、打印機等，都成為目前的熱點，較多額科研經(jīng)費和產(chǎn)業(yè)訴求也為此不斷傾斜。


現(xiàn)狀

醫(yī)療生物3D打印在國外的發(fā)展情況是比較成熟的。由于國外在該領(lǐng)域及涉及的周邊領(lǐng)域有著比較早的起步和比較長的行業(yè)積累，相關(guān)的法律法規(guī)更加完善，政府支持力度很大，由此誕生了許多有著巨大前景的創(chuàng)新型科技公司，如Organovo、CyfuseBiomedical、Allevi、Aspect Biosystems等。

回顧
1982年，美國猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的威廉·德夫里斯博士領(lǐng)導(dǎo)的一個手術(shù)小組，給一名叫克拉克的心臟病患者植入一顆名叫賈維克的人類第一個人造心臟，開創(chuàng)了人造心臟移植的先河，震驚了世界。
1984年，美國規(guī)定，只能用賈維克人造心臟作為過渡，使垂死病人延長生命，等待移植人心。
1991年1月美國亞利桑那大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和猶他大學(xué)美德福特研究基金會聯(lián)合成立了卡迪奧威斯特公司，在賈維克人造心臟的基礎(chǔ)上推出了卡迪奧威斯特人造心臟。
1993年1月11日，亞利桑那大學(xué)醫(yī)學(xué)中心為一名46歲的婦女移植了第一顆卡迪奧威斯特人造心臟作為等待真正心臟的過渡手段。
1993年8月11日，加拿大渥太華心臟研究所宣布，他們研制成功了第一顆永久性的人造心臟。它能植入人體體內(nèi)，并維持病人一生的生命。
1995年10月23日，一位64歲的英國退休電影制片人成為世界上第一位接受永久性電動人造心臟的人。
1998年底，美國德克薩斯州著名的外科醫(yī)生邁克爾·德巴凱和美國宇航局的科學(xué)家們共同研制成功一種只有三號電池那么大的全植入式人造心臟。它的植入的就是世界上首顆可以完全代替心臟功能并能完整植入體內(nèi)的人造心臟。

人造心臟的發(fā)展是失敗與教訓(xùn)的集合，更是一次次大膽的嘗試。人造心臟目前雖然有著可喜的成績，但是，科學(xué)家不會滿足將生命托付于未知的電流，哪怕千萬分之一。


突破
2019年，4月23日，全球的生物3D打印領(lǐng)域科學(xué)家沸騰了。
以色列特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家們利用3D打印技術(shù)，造出一顆mini版“心臟”，更驚喜的是，這一“人工心臟”具有細胞、血管、心室和心房。雖然這一人工心臟很小，類似于兔子心臟的大小，但是科學(xué)家們希望沿著這一突破，未來有一天能夠研發(fā)出適合臨床移植的“人造心臟”，以及能夠契合、修復(fù)有缺陷心臟的“補丁”。

人民日報點評：
器官移植不僅包括心臟，還包括肝臟、腎臟等。此次研究人員在器官打印方面嘗試著“啃了塊最硬的骨頭”。從術(shù)前分析所用的醫(yī)學(xué)模型到植入人體的鈦合金骨骼，從簡單的組織再到功能復(fù)雜的器官，科研人員在生物打印領(lǐng)域不斷實現(xiàn)新突破，也給患者帶去了新希望。

踏浪
相較于國外比較成熟的行業(yè)體系，國內(nèi)醫(yī)療生物3D打印發(fā)展仍有一定差距，目前處于產(chǎn)業(yè)化初期階段。在科技強國的大方針下，醫(yī)療生物3D打印作為前沿生物技術(shù)，無論在學(xué)術(shù)界還是科研界都取得了較大的突破。

▲道力所限，要靠愿力突破

近幾年，在我國國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中也把增材制造作為一項重要研究領(lǐng)域，在今年，科技部變個性專項舉措中，也明確提出了醫(yī)療生物3D打印技術(shù)在生物前沿技術(shù)研究的重要性。

隨著相關(guān)法規(guī)的不斷完善、科研經(jīng)費的加大投入、生物3D打印行業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)的制定，未來會有越來越多的產(chǎn)業(yè)人士參與其中，實現(xiàn)集學(xué)術(shù)、研究、產(chǎn)業(yè)為一體的創(chuàng)新合作體系。

"因為人，通俗一點來講，就是我們?nèi)藦呐咛�，它就是從干細胞來的，它是發(fā)育人最原始的細胞，干細胞最大的優(yōu)點，它可以在體外大規(guī)模的擴增而不喪失他的功能，同時，還可以定向誘導(dǎo)分化，我們可以把這些原始干細胞，分化成肝臟、腎臟等各種組織與器官。"——組織工程國家工程研究中心 曹誼林主任

"我們可以在利用生物3D打印技術(shù)在體外培養(yǎng)沒有排異反應(yīng)的心臟植入到病人的胸腔內(nèi)，這樣心臟就可以無限制的生存下去，我覺得這個會是今后心臟移植或者其他器官移植的最終極發(fā)展方向和最根本的改變。"——美國明尼蘇達醫(yī)學(xué)院心臟移植中心 廖康雄主任