我國每年有200萬器官需求，但僅有1%的患者能獲得合適的供體，大部分患者因沒有合適的替換器官而失去生命。供體從何而來依然是技術和道德的雙重考驗。生物3D打印如何實現(xiàn)活性組織與器官的按需打印，如何推動醫(yī)療技術的發(fā)展?

賀健康 西安交通大學機械工程學院教授，博士生導師，國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金獲得者，中國生物材料學會生物材料先進制造分會常務委員

1生物3D打印——實現(xiàn)組織與器官制造的利器

生命與健康是人類永恒的追求，今天的人們希望通過更換病變組織與器官提高生命質(zhì)量，例如人工組織置換、活體組織與器官移植等。

目前，一些簡單的替換產(chǎn)品已經(jīng)投入醫(yī)院使用，但復雜組織(如器官)并不是簡單替換就可以的，需要具有一定功能。國內(nèi)每年有200萬器官需求，但僅有1%的患者能獲得合適的供體，大部分患者因為沒有合適的替換器官而失去生命，因而產(chǎn)生器官買賣這種不道德的現(xiàn)象。

隨著中國經(jīng)濟發(fā)展及人類對健康的追求，器官需求會進一步增大，根本的出路是人工制造組織與器官。

生物3D打印是實現(xiàn)組織與器官制造的利器，可以個性化定制人工假體。一個長遠的愿景是實現(xiàn)活性組織與器官的按需打印。美國《時代周刊》評論細胞打印為2010年50大最佳發(fā)明之一。

2生物3D打印現(xiàn)狀

醫(yī)學應用概況

生物3D打印隨著3D打印技術的發(fā)展而發(fā)展，經(jīng)歷了一個從非生物相容性到生物相容性、從不可降解到可降解、從非活性到活性的過程。

最早大家關注的是體外醫(yī)療模型與器具。因為這種模型只在體外使用，不放入體內(nèi)，進入醫(yī)院使用的門檻非常低。隨著技術的發(fā)展，個性化假體與內(nèi)置物產(chǎn)生，可以進入體內(nèi)替代病變或缺損的組織。目前這兩部分已經(jīng)進入臨床應用階段。

可降解組織工程支架可以慢慢降解變成人體自身的組織，不再是一成不變的金屬假體，目前仍在臨床試驗階段。活性組織與器官打印還在研發(fā)階段。

醫(yī)療模型

醫(yī)生以前是通過影像判斷制定手術方案，現(xiàn)在可以通過實體模型，在體外做模擬實驗，研討定制手術方案。

在做腫瘤切除時，尤其對于重大器官，血管損傷是致命的。軟質(zhì)醫(yī)療模型可以清晰的看到血管，從而幫助醫(yī)生清楚的知道病人的狀況，并在體外切割，進行手術前演練與優(yōu)化。

除了模型，還有測試系統(tǒng)。比如3D打印心血管功能測試系統(tǒng)，可以通過電路控制血液流速和血壓波動，從而模擬人體的血流情況。

個性化導航器具

醫(yī)生進行個性化假體手術時，很難精確做到按照假體的設計進行切割，個性化導航模板可以幫助醫(yī)生準確的確定手術方向。典型的個性化導航器具有：脊柱個體化導航模板、髓芯減壓個體化導航模板、個體化骨折外固定器。其中，個體化骨折外固定器集成了導航和康復功能，手術時間能縮短80%，骨折愈合時間縮短33%-45%。

可降解支架

3D打印除了可以制作模型外，還可以打印植入物。但即使定制與人體精準匹配的個性化假體，最終假體的作用還是會失效，只是時間問題。因為人體骨骼會隨年齡增長發(fā)生變化，但是金屬材料不會隨時間變化。因此產(chǎn)生了生物可降解組織工程支架。

可降解支架初期還是起到支撐作用，但其會隨著人體的變化而變化，慢慢降解轉(zhuǎn)變成自己的組織。2013年曾報道過一例，3D打印氣管支架在嬰兒體內(nèi)成活，代表著可降解支架正慢慢應用于臨床。

器官打印

活性組織與器官3D打印是將細胞和材料混合著打印，把細胞作為“生物墨水”噴涂到凝膠支架上，隨著細胞的生長，慢慢變成一個真實的組織。這是材料、細胞、結構一體化成形的過程。

2010年，美國的Organovo公司和澳大利亞的Invetech公司攜手研制出世界上第一臺商業(yè)化細胞打印機。

目前活性組織與器官打印仍在研究層面，但在應用層面也展開了不同的探索。例如利用打印的體外三維組織模型進行新藥測試。

3總結與建議

雖然現(xiàn)在受產(chǎn)業(yè)化和國家政策方面的限制，但3D打印在制造人體內(nèi)植物方面依然有光輝前景，因為生物3D打印對精準化醫(yī)療是真實有效的。

醫(yī)院永遠是生物3D打印的主體，只有從醫(yī)生的需求出發(fā)才是真實有用的。許多醫(yī)療器械企業(yè)看到3D打印技術蘊含的巨大前景，但如何提升核心技術水平和產(chǎn)品競爭力是急需考慮的問題。

對假體制造來說，基于醫(yī)學原理優(yōu)化結構，結合力學原理設計，能夠提升3D打印快速定制化制造，應用于臨床的定制化治療。對于人體的某些組織來說，可降解替代物是最好的選擇，會成為未來十年重要的發(fā)展趨勢。 

針對社會缺乏設計人才的現(xiàn)狀，高校作為人才支撐點，要培養(yǎng)醫(yī)學與工程交叉型人才，同時進行深入的基礎研究與交叉學科研究。未來新興產(chǎn)業(yè)需要政、產(chǎn)、學、研、用、金的通力合作，才能將生物3D打印做大做強。