戴尅戎院士、王金武教授團隊生物3D打印成果登上Nature！

來源：九院3D打印中心王金武團隊

2021年9月23日，《自然》官網(wǎng)發(fā)布了上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院戴尅戎院士王金武教授團隊的生物3D打印項目專訪。據(jù)悉，在中國約有1.4億關(guān)節(jié)病患者，每年開展約70萬例關(guān)節(jié)置換，傳統(tǒng)關(guān)節(jié)假體可能在10年內(nèi)發(fā)生松動、斷裂和感染等，從而導致假體失效和翻修手術(shù)。

戴尅戎院士王金武教授團隊長期致力于醫(yī)學3D打印研究，包括3D打印術(shù)前模型、手術(shù)導板、植入物以及生物打印關(guān)節(jié)假體�！吧�物3D打印在創(chuàng)造具有生理結(jié)構(gòu)功能并能自我修復的組織器官方面，已經(jīng)成為了一個極富有臨床轉(zhuǎn)化前景的工具，” 王金武教授介紹說， “然而目前也存在很大的挑戰(zhàn)：除了高精度打印的要求外，還需制備優(yōu)良特性的生物墨水以及構(gòu)建生物活性微環(huán)境�！蓖踅鹞浣淌跔款^的科技部國家重點研發(fā)計劃-生物3D打印項目包括了血管化仿生人工關(guān)節(jié)的研究，匯聚了來自全國各地的生物材料、打印設(shè)備和臨床醫(yī)學等研究方向的專家，準備進一步開展相關(guān)的臨床試驗和轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

戴尅戎院士團隊在2003年獲得中國第一張個性化人工關(guān)節(jié)假體注冊證，此后，新的個性化關(guān)節(jié)植入物迭代研究開始向更高的耐用性和生物活性方向發(fā)展，其中面臨著血管化的難題——無血管長入導致細胞凋亡，是傳統(tǒng)組織工程生物型關(guān)節(jié)假體失效的常見原因之一。王金武教授團隊2021年在《Advanced Functional Materials》發(fā)表了一項研究表明，使用聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、甲基丙烯酸明膠(GelMA)制造熱響應(yīng)性水凝膠支架，該支架在體溫環(huán)境下收縮，無需復雜操作流程即可有效觸發(fā)微尺度脈管系統(tǒng)的產(chǎn)生，最小直徑可達50微米，確保了氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)交換。

類似的研究成果得益于該團隊持續(xù)開發(fā)用于支持再生組織和器官的生物反應(yīng)器。體內(nèi)生物反應(yīng)器可以在更大程度上模擬體內(nèi)組織和器官環(huán)境，特別是在血管化關(guān)節(jié)方面。隨著打印技術(shù)的發(fā)展、材料科學的整合和細胞生物學的推動，該團隊致力于探索理想的生物3D打印支架，并優(yōu)化細胞的微環(huán)境以促進血管生長。

在醫(yī)學轉(zhuǎn)化與臨床應(yīng)用方面，上海九院成立了中國第一個3D打印接診中心，研究人員多方面自主構(gòu)建并實現(xiàn)了世界領(lǐng)先的技術(shù)平臺，包括數(shù)字仿生模型的建模軟件、適用于不同組織的生物墨水、生物打印骨與軟骨細胞存活維持系統(tǒng)等。戴尅戎院士王金武教授團隊在2018年牽頭制定并發(fā)表了涵蓋3D打印醫(yī)療器械的設(shè)計、制造和使用的專家共識。然而，臨床轉(zhuǎn)化的最后一公里不僅牽涉到創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的風險，還會受到尚未及時更新的醫(yī)療器械注冊法規(guī)的阻礙。在2019年，該團隊獲得了注冊人制度下第一張隸屬上海交通大學的科研型企業(yè)轉(zhuǎn)化的3D打印醫(yī)療器械注冊證，由此成立上海交大創(chuàng)新器械注冊中心以服務(wù)科研轉(zhuǎn)化。

通過政府、大學、醫(yī)院和行業(yè)之間的協(xié)同合作，王金武教授團隊正在構(gòu)建一個由3D打印個性化醫(yī)療數(shù)據(jù)驅(qū)動的云平臺，預計將為至少25,000例患者提供服務(wù)。除了生物打印機和原位打印機器人的研制外，該團隊還開展實時細胞活動監(jiān)測、支持細胞發(fā)育的細胞存活維持系統(tǒng)以及用于體外藥物篩選的生物打印組織模型的研究，這些研發(fā)得到了國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）的支持，該中心作為大型高端醫(yī)療設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)化的綜合研究機構(gòu)，可同時容納100個研究小組進行藥物和設(shè)備的研發(fā)。臨床轉(zhuǎn)化型科學研究雖由創(chuàng)新驅(qū)動，但須符合倫理和臨床安全要求，該團隊已牽頭制定了包括生物打印醫(yī)療器械在內(nèi)的多項醫(yī)學3D打印的相關(guān)標準，可作為安全和功效管理的國際參考，此外標準制定還須面向未來，以符合快速的技術(shù)創(chuàng)新要求。

專家介紹

王金武 主任醫(yī)師

醫(yī)學博士，主任醫(yī)師，教授，博導。現(xiàn)任上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院骨科主任醫(yī)師，上海交通大學生物醫(yī)學工程學院教授，教育部數(shù)字醫(yī)學臨床轉(zhuǎn)化教育部工程中心副主任，民政部智能控制與康復技術(shù)重點實驗室副主任， 轉(zhuǎn)化醫(yī)學國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）創(chuàng)新醫(yī)療器械注冊研究與臨床轉(zhuǎn)化服務(wù)中心主任，轉(zhuǎn)化醫(yī)學國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）-數(shù)字醫(yī)學與生物3D打印實驗室主任， 上海市衛(wèi)計委骨與關(guān)節(jié)康復醫(yī)學科重點學科帶頭人，上海交通大學康復輔具創(chuàng)新中心主任，十三五科技部國家重點研發(fā)計劃首席科學家，上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人，中華醫(yī)學會 上海數(shù)字醫(yī)學�？品謺�候任主委 。 先后承擔了包括科技部重點研發(fā)計劃（生物3D打�。�、科技部“863”（高精度3D打印裝備制造）與“973”（多級微納骨修復生物材料）子課題、國家自然基金在內(nèi)的國家級課題7項，省部級課題16項； 同時領(lǐng)銜民政部3D打印康復輔具標準研究課題和上海市人民政府康復輔具產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略研究課題各一項，參編專著20部（主編1部，副主編5部），在上海交大設(shè)立數(shù)字醫(yī)學與3D打印前沿醫(yī)工交叉轉(zhuǎn)化研究生課程，第一作者發(fā)表包括SCI論文70余篇（其中Nature與Science旗下子刊共3篇）。

在戴尅戎院士的指導與支持下，率先申請到國內(nèi)第一個3D打印醫(yī)療器械注冊證，也是注冊人制度下科研機構(gòu)申請到的國內(nèi)首張醫(yī)療器械注冊證。

專長：復雜的肩關(guān)節(jié)周圍骨折的微創(chuàng)治療；肩關(guān)節(jié)鏡下肩袖損傷與肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)的微創(chuàng)治療；肩肘關(guān)節(jié)置換；3D打印康復輔具與骨關(guān)節(jié)內(nèi)植物3D打印的臨床轉(zhuǎn)化，通過顯微外科和定制式人工關(guān)節(jié)技術(shù)進行肩關(guān)節(jié)腫瘤的保肢治療。