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戴尅戎院士:医疗上3D打印应用无蹩脚与高级之分

2015-12-18 09:33
瑾年Invader
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  3D打印医学应用有很多的优势,医学上有很多个P,比如说personalized个体化,、precision精准化、popularized普及化等,3D打印都能满足,并且节约了很多时间和成本。

  3D打印能推动医学的发展,它可以做一些术前的规划,帮助手术做得更加的精准,使得植入到身体里面去的所谓植入物能够摆在一个恰当的地方,而且正好跟骨骼、肌肉或者是其他部位能密切贴合,同时3D打印的模型,可以帮助医生与医患进行沟通,当然它也是一个非常好的教学的工具,可以3D打印打印心脏、骨头、肌肉,各种内脏,进行手术演习、手术示范,3D打印实际上在各个方面的应用都是非常广的。

  3D打印的医学产品可以大概分成四类,或者说是四个层次,这四个层次不分等级,第一个层次不蹩脚,第四个层次也不能说高级:第一,做模型做模具;第二,做内置的东西,比如做个人工关节;第三,打印人体组织,比如打印肌肉;第四,打印内脏。

  为什么要分成这四个层次呢?

  首先,第一个层次是体外的模型、辅具,不用放置在身体里面,对它生物相容性要求也不高,当然也不能过敏,这方面95年之后就应用广了。第二个层次是做内置物,它最重要的一点就是要有生物相容性,没有好的生物相容性的东西,绝对不能做内置物。内置物需要长期的存在在身体里面,比如打印一个关节,希望它二十年、三十年不坏,这就不存在降解的问题。第三个层次就是要降解了,打印个支架,这个支架变成了人体的骨头软骨之后,需要慢慢降解掉,让位给活性组织,所以第三个层次既要有生物相容性,又要有可以降解的功能。最后一条,打印的不单单是打印支架,同时要把细胞和调整细胞的分化的一些蛋白因子,或者是叫生长因子全部打印进去。就像做葱油饼,铺一层面粉铺一层葱铺一层芝麻,最后变成葱油饼。3D打印把材料、细胞、生长因子一层一层撒上去,就可以变成肝脏了、心脏、血管了。

  3D打印让手工制造者不高兴了

  第一个层次在身体外面使用。例如,手上有点扭伤或者是轻度的骨折,不需要重度治疗,只需要一个支具做相应的固定,现在仅能供应大中小三种型号,或者四五种型号。但面对的是几十万人的需求,怎么可能三种型号就解决呢?而现在用3D打印专门为这个病人生产,而且是镂空的,不会因为出汗潮湿而引起皮肤炎症,还可以带有超声波,促进骨折的愈合。再例如,一个没有假肢的病人自己设计出了号称是全世界最轻的,用料最少、最漂亮、最省钱的假肢,他很自豪自己的设计,那怎么制造出来呢?用3D打印。以后可以用3D打印做眼镜框、隐形眼镜、假眼球等很多的东西。口腔科里面的修复体、活动修复体、种植板等都可以3D打印。还可以做动手术时用的模板,指导医生的手术。

  大家都很高兴,现在只有一类人不高兴,手工制造该不高兴,他们要失业了,除了少数人留下来看机器,其他人都没事干,这个是个颠覆性的革命。

  医生离不开3D打印机

  我有一个病患,骨盆里长了一颗很大的肿瘤,医生可以在计算机上做很多的设计模拟切除,但是拿不到手上,可以用3D打印模型,然后根据这个模型,又可以打印一个金属的假体,这个金属的植入物里面是实心的,外面是有孔的,这些孔可以让血管让纤维长入里面。在手术过程当中,怎么使切口形状跟做的植入物吻合呢?这时候就需要有一个导板,可以用3D打印做,然后把肿瘤切下来了,把植入物装上去。手术完成后病人两个礼拜就下地了。3个月他能100%下蹲,得到了良好的功能的恢复。回顾整个手术过程中,我们用3D打印做了一个模型,做了一个导板,再用3D打印做了一个假体植入他体内。也就是说这个病人的治疗全过程都用到了3D打印技术

  在经历过几次这样的病人之后,我们就感觉离不开3D打印机了,3D打印方便而且速度又快。

  老鼠作为3D打印活的生命反应器

  组织工程有三个要素,支架、细胞和生长因。3D打印在里面首要解决的就是打支架。举例,骨关节的表面是软骨,软骨的下面是硬骨,称为软骨下骨,软骨和硬骨之间的界面是紧紧的咬合在一起的,如果用3D打印怎么做模仿呢?就要要靠细胞自己生长了。软骨和硬骨的组织结构、力学性能完全不同。现在可以用两种不同的材料,一个材料是专门长软骨的,一个材料是专门长硬骨的,放上细胞,然后计算机辅助下它们慢慢成型,然后再把软骨跟骨头扣在一起,让它互相交织生长。生长的时间大概需要12周,在12周里要不停的更换营养液,细胞不能受到污染,一旦被就全部失败。而且在操作的时候,温度不能有过大的改变,如果有个两三度以上的改变,所有的细胞就会死掉,非常困难的,怎么办呢?动了一个脑筋,只需在体外培养两三周,然后放置在老鼠的身上, 12个礼拜之后再拿出来就成功了。老鼠就是一个活体的有生命的反应器,这个反应器能够帮助我们培养出一个关节来,在这个关节里面的软骨,完全跟真的软骨是一样的。在这里面还可以看到一些残余的用3D打印的材料,大部分材料都可以降解了。

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