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3D已经打印出个性化关节,距离打印器官还有多远?

2020-02-24 11:12
亿欧网
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还记得电影《十二生肖》吗?成龙饰演的JC戴着手套摸了一把鼠首,数据的扫描经此完成后直接存储到电脑里,而后经过3D建模、打印、染色,分分钟一个完美的复制品呈现在我们眼前。

如今,3D打印已经远离了科幻色彩,被广泛运用于成衣、航空航天、建筑、汽车、医疗等多个领域,甚至一些简单的3D打印产品,早已成为孩子们手中的玩具。

13年前,在这个市场远未如此热闹的时候,仍在清华大学就读本科的张靖就一脚跨入了这个领域,进入中国第一家3D打印实验室——清华机械系增材制造实验室学习,随后硕士、博士又分别师从清华林峰教授、“3D打印建筑之父”美国Khoshnevis教授。

当初,正是3D打印离散堆积的极致美将他引入这领域,而现在,这种吸引力有了新的延伸——2017年,张靖在波士顿一手创办了ZSFab, Inc.公司,北京部为智塑健康科技发展有限公司,希望能将所学应用于医学临床,为患者提供个性化的精准医疗服务。

从宏观来看,医疗3D打印是当前整个行业内最热门的细分领域之一,这个领域当前有着数十亿美元的市场空间,已经覆盖从药物到植入体、从脊椎到关节、从批量患者匹配到疑难个性定制等不同应用领域。

不过,张靖也坦言,医疗3D打印是一个高度复杂且交叉的领域,不仅需要掌握3D打印技术,还涉及医疗、材料、算法等多领域知识的结合,在他看来,这一切既离不开不断学习,也离不开人才的支撑,“所以我们的团队基本上是从麻省理工、哈佛这边发起的,就是典型的一群‘学霸’”。

作为“学霸”团队的核心成员之一,在与亿欧的交流过程中,张靖有着技术创业者典型的务实特征——既不盲从于技术的狂热,也讲究对数据的尊重,从应用需求的实际角度出发。

为此,张靖及其团队已经与中美超过70家医疗机构、300多名医疗人员进行了一对一的深入交流,真实了解行业的所需。据其介绍,目前智塑健康最主要的精力和成本都在研发以及与医疗机构的合作上,“我们要在生产过程的每一个阶段实现最优化的设计,产品审批上市后会在渠道上有更大的投入”。

3D打印出千亿商机

3D打印是增材制造的另一种说法,它是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。在所适用的领域,增材制造可节约制造材料和加工时间,制作形态万千的物品,实现制造的个性化和定制化。

张靖以建房子作为类比具体解释道,“建房子前我们会有一个蓝图设计,之后再按照蓝图通过水泥、混凝土把一砖一瓦堆叠上去,投射到3D打印,这些原材料被换作基础粉末,再利用电子束、激光束将其融化后,按照模型把这个三维物体打印出来”。

严格意义上来说,3D打印技术并非什么新事物,一般认为,1983年第一个相关专利的诞生标志着3D打印的起源,1986年,3D Systems公司推出世界上第一台3D工业打印机,才标志着3D打印技术真正实现商业化。

在之后的发展中,这一行业时冷时热。

2019年10月22日,在“直通乌镇”全球互联网大赛总决赛上,3D打印公司LuxCreo清锋时代获得大赛冠军。这家成立于2016年的年轻公司,开发出的极速液态成型3D打印技术,可现场直接打印出一个传统工艺无法一次成型的结构复杂的网格球。

同月,专攻数字化齿科3D打印机的迅实科技也得到辰德资本和远毅资本的青睐,拿到过亿人民币的B轮融资,并宣布融资所得将继续专注齿科领域数字化产品的研发和市场拓展。

一时间,3D打印这个沉寂了一段时间的市场似乎再度被催热。张靖也有类似的感触——过去四五年间,对3D打印这种新技术的崇拜逐渐冷静,不管是普通用户还是公司,都开始更加聚焦在其价值发挥上,而随着3D打印真实解决了一些问题,行业内声音又多了起来。

根据南极熊3D打印网发布的《2018年全球3D打印投融资报告》,2018年全球3D打印行业投资总额超过203亿元人民币,其中国内投资总额超过18亿元人民币,国外投资额超过27亿美元,较之2017年,投资总额增加了约128亿元人民币,国内投资总额翻倍。

独立咨询机构沃勒斯则在2019年发布的3D打印产业年度报告中预测,到2020年,3D打印产业规模有望达到158亿美金,2022年可能会爬升至239亿美金,2024年则有可能达到356亿美金。

3D已经打印出个性化关节,距离打印器官还有多远?

常年往返于中美两国之间,张靖对于国内外3D打印行业的发展也有清晰的认知。在他看来,中国3D打印市场略微滞后于欧美市场,“欧美大约2010年3D打印就火起来了,2014年2月达到股市的巅峰,到2014年底相关公司股价已经腰斩,2015年的基本上已经跌的很惨了,但中国3D打印市场这个时候还在升温之中。”其向亿欧表示。

个性化医疗的想象空间

纵观目前整个3D打印市场,其应用范围非常广泛,从工业至消费,都可以看到3D打印的身影。例如,Nike所开发的3D打印编织物的跑鞋,在面世之后,有多名运动员使用该跑鞋打破了世界纪录,以至于世界田联需要发文禁止该鞋在比赛中的应用。

张靖开玩笑的说道:“将来我们的产品也要做到,凡是植入了智塑健康产品的运动员,都禁止以这种不公平的优势参与比赛。”

不过,现今最热门的领域之一当属医疗3D打印。有业内专家表示,作为3D打印技术走向商业化的主要落地场景,医疗领域本身的发展势头就十分积极,当二者相互碰撞结合,将释放出庞大的市场空间。

按照当前的发展速度,到2030年,全球3D打印医疗市场规模将有望超过60亿美元,并保持16%以上的高速复合年增长率;而在国内市场,随着进口替代的推进,这一数值将远超世界平均速度。

2019年4月15日,以色列特拉维夫大学(Tel Aviv Univerdity)宣布该学校实验室3D打印出了一颗“心脏”。这颗心脏不仅仅只是外形,它有细胞,有血管,也有其他支撑结构,它甚至可以像心脏一样收缩。

3D已经打印出个性化关节,距离打印器官还有多远?

以色列特拉维夫大学实验室,3D打印机正在打印3D心脏(图丨法新社)

一夜之间,“3D打印器官”仿佛触手可及,器官移植供体紧缺似乎也不再是问题,但冷静下来会发现:这个“心脏”很小,并非人类尺寸;血管系统并不完整,毛细血管未被打印出来;采用凝胶粘结,不具备所需的强度——换言之,此“心脏”尚不具备泵血等心脏所必需的生理功能。

目前3D打印并未进化到器官打印这一阶段,张靖表示,目前3D打印在医疗领域比较引人注目的市场在于骨科植入物,“过去针对一些需要关节置换的患者,医院提供的是标准化产品,但通过3D打印可以实现患者匹配的定制”,而这,正是智塑健康的优势之一所在。

ZSFab公司官网上的展示图

ZSFab公司官网上的展示图

“所谓标准化产品,就像买鞋子一样,只能去试那样几个型号,但DNA其实决定了每个人的指纹、瞳孔、骨骼都是独一无二的,而在患病时病情通常也是独一无二的,所以在进行植入体置换时最有效的方式其实时量身定制。”张靖具体解释道。

过去,患者为了适应这些标准化产品,不得不忍受不少痛苦,如,削去不必要的健康骨骼;并且,往往,植入体在植入10年、15年后要进行翻修,以往会出现这样的情况:患者在削去过多的健康骨骼后已无足够的骨量来进行翻修——通过3D打印,这些问题可以避免。

实际上,在利用3D打印做产品的时候,形状定制只是第一步,更重要的还在于性能定制。

张靖以极端例子作为类比,“有些人的骨头可能像鸡蛋一样、有些人则像石头一样,有些人则像钢铁一样,在进行植入体设计时,在同样利用钛合金这一材料时,要充分考虑他们的差别,通过设计多孔结构设计改变其内部结构,在促进骨长入的同时,植入体和人体也更易合为一体,既提升植入体寿命,也降低患者的疼痛感。”

据其介绍,从安全和市场角度考虑,智塑健康当前主要针对脊椎在开发产品,相关产品从安全性上已经可以运用在人体上,当前正在等待美国FDA的审批,之后审批上市后才会进行大规模的商业推广。此外,其所开发的算法,也可即刻应用在关节类等其他产品之上。

“列国混战”的蓝海

既有中美两国的教育背景,而今,又有中美两国的联合创业背景,张靖时常会被人问起在美国创业的感受,以及美国创业环境与国内的差异。张靖坦言,“最开始确实比较累,要协调中美两边的团队,有时候一个月要飞至少1次甚至更多”。

而今,随着中美团队彼此的交流机制建立,各方面的配合更加顺畅默契。张靖认为,两地联合创业反而是对效率很大的一个提升,他戏称,由于波士顿与北京时差刚好为12小时(冬天为13小时),团队相当于一天24小时都在工作。

据介绍,目前智塑健康团队在中国主要是开展动物试验、临床试验、与医生交流等工作,将算法团队形成的算法进行具体实现,“总体来说,目前中国这块的成本会比美国低一些,效率会高一些”。

而波士顿作为全球医疗、药品、器械最活跃的区域之一,把公司设在这个地方,可以自然而然地接触到全球最高水准的医疗水平,目前智塑健康与哈佛大学医学院、麻省总医院、康奈尔医学院等医疗机构保持频繁沟通。

除了与顶尖院校合作,波士顿本就以其优势的医疗资源吸引着全世界的医学人才,“很多国内医院的院长、科室主任、主治医生都会来这边交流、进修,在这个过程中,我们也可以和这些医生建立比较好的联系”。

在充分利用中美两地优势资源的同时,张靖也深刻地感受到,中美两地医疗器械市场的差异——在美国,整个市场被强生、美敦力等大公司瓜分殆尽,在大部分医生还是医学院学生时他们就会进行比较充分的市场教育,而在国内,这一切都比较薄弱。

他把当前中国的医疗器械市场形容为“春秋战国时期的列国混战”,“中国目前有一些不错的公司,但没有一个大的器械公司,有些上市公司尽管市值已经五六十亿,但和美敦力、强生之类销售额上百亿美金的公司比起来,依然不在一个量级”。

不过,张靖也认为,这样的市场环境也给智塑健康带来了机遇。与此同时,国家强调医疗器械的“进口替代”,“肯定是用好的产品来替代,不能用差的产品替代”,因此,在他看来,这既是一个缺口,也是一个很好的历史契机。

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