“打印”一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命

在3D打印技術(shù)（即以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)）的眾多應(yīng)用中，最有影響力的莫過于用來提高人類生活水準(zhǔn)乃至延長(zhǎng)人類壽命。隨著3D打印技術(shù)日新月異的進(jìn)步，在將來某天，人類的軀體很可能也會(huì)被看作是一套由多種可替換部件組成的系統(tǒng)。

這不是科幻故事，遠(yuǎn)沒有人們想象中那么遙遠(yuǎn)。

3D打印技術(shù)的兩大用武之地已經(jīng)作為醫(yī)學(xué)界的主要項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)收：牙科領(lǐng)域的烤瓷牙制作、義齒安置和移植以及醫(yī)學(xué)修復(fù)零件的制造。

牙科與醫(yī)學(xué)修復(fù)

在烤瓷牙制作的過程中，將會(huì)有一個(gè)由病人自己的牙齒制作而成的數(shù)碼內(nèi)置掃描儀，將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至電腦，并將其以電子郵件的方式發(fā)送至牙科實(shí)驗(yàn)室，最終打印出一顆嶄新的烤瓷牙。這不失為一種快速獲得義齒的方式，價(jià)錢也合理。而且這種嶄新的醫(yī)療手段結(jié)束了傳統(tǒng)療法用鑷子和塑形模具醫(yī)治病人時(shí)所引起的病痛、口腔異味和發(fā)音不準(zhǔn)等問題。

此外，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)修復(fù)的假肢生產(chǎn)與客制化方面也帶來了歷史性的變革。司各特·薩米特（Scott Summit）是一名工業(yè)設(shè)計(jì)師，同時(shí)也是“訂制創(chuàng)意”（Bespoke Innovations）公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，據(jù)他說“長(zhǎng)久以來，假肢的制作和生產(chǎn)方式都沒有什么大的創(chuàng)新：人們只不過拿起一塊泡沫，將其削成與人體所需部位大小近似的規(guī)格，然后刻制一個(gè)模子隨即便大量生產(chǎn)”。訂制創(chuàng)意是一家以3D打印技術(shù)為依托生產(chǎn)客制化修復(fù)部件的公司，所以“我們想要設(shè)計(jì)并生產(chǎn)一批獨(dú)一無二且更人性化的假肢——為那些或因先天不足或因后天災(zāi)禍而四肢不全的苦難者帶來更好的服務(wù)”。

訂制創(chuàng)意公司還生產(chǎn)客制化的假肢遮蓋物，或者稱“裝飾物”，這種遮蓋物能夠完美地呈現(xiàn)出假肢佩戴者健全身體部分的對(duì)稱性和功能性。而且遮蓋物的設(shè)計(jì)還可以貼合佩戴者的時(shí)尚品位。

在斯坦福大學(xué)任教的薩米特說道：“我們正在把一些平淡無奇又壓抑人性的東西變成一種帥氣絕倫的現(xiàn)實(shí)存在?！?/p>

實(shí)際上3D打印技術(shù)的應(yīng)用不僅只局限于假肢修復(fù)這么簡(jiǎn)單。就在2013年2月，來自荷蘭的醫(yī)生和工程師便合作利用這一技術(shù)成功制作出一個(gè)下顎，并且這一下顎隨即被移植到了一名長(zhǎng)期忍受骨感染病痛的83歲女性患者身上。3D打印機(jī)將事前加熱過的33層鈦粉糅合在一起，表面又附著了一層生物陶瓷材質(zhì)的人工骨，打印出了這一人造器官。

上述3D打印技術(shù)的應(yīng)用，不僅對(duì)病患而言是一種突破，對(duì)于醫(yī)生而言同樣是一次挑戰(zhàn)。3D打印技術(shù)正是通過幫助外科醫(yī)生更為有效地計(jì)劃和選擇手術(shù)方法，才得以極大改善了手術(shù)的效果。安東尼·J·阿塔拉醫(yī)生（Dr. Anthony J. Atala）是再生醫(yī)學(xué)維克森林研究所的所長(zhǎng)，他說對(duì)于那些在車禍中骨盆碎裂的病患來說，傳統(tǒng)的治療方法就是通過X射線和CAT掃描來測(cè)定碎骨的位置，計(jì)劃手術(shù)，然后再實(shí)施手術(shù)。由于骨盆碎裂可能會(huì)危及性命，所以及時(shí)修復(fù)碎骨是治療的關(guān)鍵。

阿塔拉說：“如果能事先掃描病患的盆骨并利用三維手段重建碎骨，那么手術(shù)可以更早進(jìn)行。因?yàn)橥饪漆t(yī)生可以手持打印出來的骨盆，直接決定哪些是需要矯正的碎骨，并在手術(shù)真正開始之前做好相應(yīng)準(zhǔn)備?！?/p>

器官移植

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)界最具破壞性的一種應(yīng)用可能莫過于“生物打印”了，這種技術(shù)專門為移植手術(shù)而打印人體器官。這項(xiàng)技術(shù)包括替代性機(jī)體組織和器官的再造，即一層層的將其建構(gòu)出三維模型。由于具體的組成成分來源于器官接受者自身的基因，所以再造機(jī)體組織和器官便具有極好的適應(yīng)性。想想看吧：皮膚組織、氣管、膀胱乃至心臟等更為精密復(fù)雜的氣管，都正在打印機(jī)里等著被打印出來，而決定著一切的，只不過是輕點(diǎn)了幾下的電腦鼠標(biāo)。

由于這些打印出的器官或者機(jī)體組織都是來自病患本人身上的細(xì)胞，而非那些捐獻(xiàn)的器官，如心臟或肝臟等，所以免疫反應(yīng)的問題便可忽略不計(jì)了，這也減少了病患對(duì)能使其虛弱的抗排斥藥物的依賴。

生物打印領(lǐng)域里的突破如同雨后春筍層出不窮。這就如同早些年代人們掀起的月球競(jìng)賽一樣，生物打印的目標(biāo)顯得是如此崇高，給人以希望。第一臺(tái)商用3D生物打印機(jī)已于2009年由一家名為“器官制造”（Organovo）的生物印制公司研發(fā)出來。

該公司總部位于圣地亞哥，與包括輝瑞在內(nèi)的多家制藥公司都有合作伙伴關(guān)系，與哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院和斯坦福再生醫(yī)學(xué)研究所等多家前沿機(jī)構(gòu)更是聯(lián)系緊密。雖然該公司目前把各大醫(yī)院定位為潛在客戶，但在其3D NovoGen MMX生物打印機(jī)面世后，進(jìn)行疾病研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和實(shí)施醫(yī)藥測(cè)試的醫(yī)藥公司目前已經(jīng)構(gòu)成其一級(jí)市場(chǎng)。

今天，NovoGen打印機(jī)可以輕松打印出皮膚組織、心肌和血管等多種機(jī)體組織。此外，在未來60年里，該公司還致力于打印出完整的器官，如心臟、肝臟等。

另外一種3D打印機(jī)在維克森林被試驗(yàn)出來。2003年，阿塔拉醫(yī)生和他的團(tuán)隊(duì)一起在《自然》雜志的生物科技欄目里發(fā)表了文章，指出微型腎臟亦可被訂制出來，而且經(jīng)過測(cè)試表明這種腎臟功能正常：不僅可以過濾血液還可以產(chǎn)生并稀釋尿液。在這些微型腎臟的基礎(chǔ)之上，維克森林如今正在用3D打印技術(shù)研制一款更為復(fù)雜精密的版本。其目的就在于成功制造出體積更大的、功能良好的腎臟和其他諸如心臟、肝臟等完整器官，以及子宮之類的生殖器官。

阿塔拉醫(yī)生說“3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的諸多應(yīng)用都大有前途，在耳朵、肌肉乃至人體內(nèi)軟骨的應(yīng)用都將迎來新的希望”。

生物打印產(chǎn)業(yè)

不管是器官制造這樣的上市公司，還是維克森林、斯坦?；蚬?，他們的研究員眼下都在積極搜集數(shù)據(jù)，以證實(shí)3D生物打印技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?。一旦?shù)據(jù)充足，臨床醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)便會(huì)緊鑼密鼓地展開。因此，在將來，美國(guó)食品和藥品管理局很可能會(huì)考慮是否對(duì)這項(xiàng)“治療技術(shù)”亮綠燈。

如果此事成真，那么，一旦藥監(jiān)局點(diǎn)頭，相關(guān)行業(yè)便會(huì)大量生產(chǎn)各種人體器官，包括平面的、管狀的、中空的，還有整體。與假肢不同的是，一個(gè)腎臟并不僅僅只是原先器官的復(fù)制品。相反，它必須既在大小上百分百適合病患的身體，還能夠與病患自身的細(xì)胞完美融合。因此，器官的客制化更多是看細(xì)胞構(gòu)成本身，而非單純?cè)谟谂c原來器官的大小和形狀相匹配。因此，盡管每個(gè)病患的細(xì)胞構(gòu)成都不一樣，但是與其說內(nèi)臟的客制化是“一個(gè)蘿卜一個(gè)坑”，倒不如說這是種“多藥治百病”的構(gòu)成。

阿塔拉醫(yī)生解釋說：“只要事前在電腦上設(shè)計(jì)好想要的器官，每次便可都按照固定的程序進(jìn)行，而這必將大大減少開支?！?/p>

降低生產(chǎn)成本與嚴(yán)格臨床試驗(yàn)意義同樣重大。器官制造公司董事長(zhǎng)和執(zhí)行總裁基思·墨菲（Keith Murphy）說，該企業(yè)的的研發(fā)成本“高達(dá)數(shù)十萬美元”。墨菲認(rèn)為再生醫(yī)藥行業(yè)的融資目標(biāo)將和人類基因組計(jì)劃得到的公共及私人投資相當(dāng)。

對(duì)于墨菲的觀點(diǎn)，阿塔拉醫(yī)生表示贊同。他說：“研發(fā)是耗資巨大的，部分原因是由于想將一種具體的科學(xué)技術(shù)推向市場(chǎng)需要一定的時(shí)間。總體上來說，鑒于高昂的研發(fā)費(fèi)用，我們所能取得的科學(xué)成就由資源決定。然而，毫無疑問，在未來60年里，人們一定會(huì)見證由自身細(xì)胞打印出的心臟面世。這不是很棒嗎？”

美國(guó)器官共享聯(lián)合網(wǎng)（UNOS）公布的數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有超過11萬3千人正在等候器官移植手術(shù)，但令人悲哀的是，有活性的捐贈(zèng)器官數(shù)卻寥寥無幾。器官共享聯(lián)合網(wǎng)的發(fā)言人安妮·帕斯科（Anne Paschke）說：“在每年死亡的所有人中，只有1%至2%的人成為潛在的器官捐贈(zèng)者。我們就正處于一種被動(dòng)的尷尬境地之中：病患們苦苦等候，最終卻只能悲傷地死去。任何一種技術(shù)，包括3D打印技術(shù)在內(nèi)，只要能夠解決器官捐獻(xiàn)緊缺的問題，都將拯救一大批人的生命。”

3D打印的崛起：量身打造

3D打印技術(shù)的工作原理

這個(gè)過程可以理解為“疊層加工”：

設(shè)計(jì)師用CAD等圖形軟件

把一個(gè)三維實(shí)體“分解為”若干個(gè)二維平面設(shè)計(jì)圖

把設(shè)計(jì)圖輸入打印機(jī)，選擇好打印材料

噴頭每次會(huì)噴出微量的打印材料，逐層疊加

當(dāng)所有的層面都打印完畢，物體就最終成型了

內(nèi)燃引擎、個(gè)人電腦、智能手機(jī)……許多新技術(shù)都對(duì)整個(gè)世界產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。現(xiàn)在輪到3D打印了。一臺(tái)電腦+3D技術(shù)，就能讓用戶快速實(shí)惠地制造出自己想要的產(chǎn)品。不少“吃螃蟹的人”已經(jīng)把這項(xiàng)神奇的技術(shù)應(yīng)用于更有創(chuàng)意的領(lǐng)域。下面讓我們來了解一下3D打印的基本原理和它極其廣闊的市場(chǎng)空間。

有的3D打印機(jī)可以用超過100種材料來打印

橡膠制品、高強(qiáng)度塑料、聚氨酯類制品、抗凍耐熱制品、絕緣體和導(dǎo)體……都可以通過3D打印生產(chǎn)

3D打印產(chǎn)業(yè)很可能會(huì)改變所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)，甚至完全顛覆傳統(tǒng)加工方式。該產(chǎn)業(yè)的的總值在不久之后預(yù)計(jì)就會(huì)達(dá)到52億美元。

在短短8年內(nèi)將至少增長(zhǎng)300%

3D打印的實(shí)際應(yīng)用

雖然還是新興技術(shù)，但3D打印已經(jīng)被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。

醫(yī)療

制造商可以制作更精細(xì)的義肢和人體修補(bǔ)材料，包括近年植入成功的3D打印下頜骨

建筑

設(shè)計(jì)師使用3D打印出建筑的模型及其后續(xù)開發(fā)項(xiàng)目。有些設(shè)計(jì)師還會(huì)使用3D打印出的建筑部件

軍事

國(guó)防部門可以更快捷便宜地制造出高精確和強(qiáng)度的大型航空航天零部件

汽車

汽車愛好者已經(jīng)3D打印出了一些經(jīng)典車型的部分零件