3D生物列印從技術走向商業化的思考

3D列印如何從技術走向商業化？第六期BioShare來幫你解答！本期邀請了企業界、學術界以及投資界三位大咖，他們花了一個下午，都說了什麼呢？我們一起來看看吧！

11月5日，第六期BioShare正式與大家見面啦，本期我們採用線上直播/線下參與的形式，圍繞著「3D生物列印」，蘇州諾普再生醫學有限公司聯合創始人楊熙博士、中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所醫學影像技術研究室副主任戴亞康研究員以及啟明創投醫療健康行業投資經理袁可嘉先生從技術發展、臨床應用以及產品商業化等角度進行了分享。下面，小編將帶你回顧各位老師的演講精華！

主題演講

楊熙：3D生物列印的技術發展、巨大臨床應用與商業化思考

楊熙博士以16世紀的名畫——長清之泉開篇，描繪了臨床的需求和呼喚開啟了再生醫學新時代。3D醫學是再生醫學領域重要的一個分支，主要解決臨床上器官移植和供體不足的問題，然而3D的發展也會遇到技術、法規等各種各樣的問題。

談及再生醫學的產業化進程，她說，「大概在2010年，再生醫學/組織工程產業開始進入到了比較高速的發展期。在2010年之前，雖然有很多的產品獲批，但由於經濟危機，很多初創企業遇到了一些困難，使得產業進程比較緩慢；2010年之後，隨著法規的逐步完善，臨床路徑的逐步清晰，使得越來越多的公司投入到其中。」

那麼如今，3D生物列印在中國的商業化進程如何？楊熙老師表示，「再生醫學的主要應用領域有皮膚創傷、眼科、心血管以及神經等，其產業也十分的多樣化，但大多數仍處在臨床前期，不過也有一些產品已經獲得國家批准在市場上銷售，這主要集中在皮膚、軟骨以及心血管等領域。從全球的產業化布局來看，美國和歐洲走在比較前列，雖然中國在研究領域比較靠前，比如會有一些突破性的研究成果，但在產業化上與歐美的差距非常地大。」

對於3D生物列印的技術發展，她從技術的典型過程講起，並以下圖中的6個步驟詳細解析了3D列印如何從最初的影像到最後的產品應用。當前主流的3D列印主要有三種——inkjet、Microextrusion、Laser-assisted，這三種技術有各自的優缺點，例如對材料的兼容性、列印物的要求均有區別。「未來要進入工業化生產，還需要解決成本、列印速率、效率等問題，需要更多的自動化流程、設備優化以及人才加入到其中來。」

Sean V Murphy & Anthony Atala

nature biotechnology vol.32, No.8., AUGUST 2014

然而，並不是所有的材料都可以拿來列印，楊熙老師說，「能進行3D生物列印的材料必須要滿足以下幾個特性：可被列印、生物相容性、調節降解、理化和物化的性質以及生物相似度。」

談及3D列印技術的發展趨勢，她說，「3D列印並不是一種單一的技術，它是一個極度交叉的學科，涉及到了學術界和產業界，另外還包含了臨床的需求和反饋，因而3D生物列印必須與臨床以及法規等領域相結合，才能更好地往前發展。」最後，楊熙老師以皮膚為例探討了3D生物列印植入物的產品化，介紹了以OPUS為基礎的3D生物列印服務平台。

戴亞康：3D生物列印——基於醫學影像的個性化精準建模與設計

3D列印是在數字三維模型驅動下，按照增材製造原理定位裝配生物材料或細胞單元，製造醫療器械、組織工程支架和組織器官等製品。數字三維模型的建立是3D列印的重要環節。戴亞康老師是本次活動的第二位演講嘉賓，他給大家帶來的是一場技術盛宴，分享了多種建模設計軟體。

戴亞康老師首先引用了三個案例來介紹3D列印技術在臨床中的應用，這些案例涉及到了醫學影像技術、數字化三維模型、生物3D列印以及結構/功能 仿生組織；緊接著，他對這些技術進行了逐一講解。多模態影像處理與三維建模設計他重點講解的技術，分別介紹了去噪增強技術、組織分割技術、單/多模態配准融合技術、三維重建與可視化技術、三維交互策略技術與虛擬切割與交互測量技術。

隨後，戴亞康老師介紹了國內外3D生物列印建模設計軟體，包括比利時的MIMICS、美國的Analyze和3D Slicer、德國的MIITK和VOLOOM、英國的GIMIAS、義大利的MeshLab以及中國的MITK&3DMed。

MIMICS軟體可進行CTMRX光影像的瀏覽、三維重建、三維測量、分割、可視化，輸入DICOM、JPEG、TIFF、BMP或原始圖像數據，以STL格式輸出3D模型用於三維列印。

Analyze是具備影像瀏覽、可視化、圖像分析、測量功能的後處理軟體，屬於開放式，可添加模塊。3D Slicer是開源的影像後處理平台，可實現瀏覽、三維重建、分割配准等，由於源代碼開放，因此可基於該平台開發其他多種處理平台，或添加功能模塊。

MIITK可實現基本的三維重建、影像瀏覽、剛性/非剛性配准，以及手動分割功能。VOLOOM通過圖像配准技術對電子顯微鏡或其他渠道得到的分層組織圖片進行配准，並可在配准完成後通過設定層厚進行三維模型的重建，也可對結果進行分割操作，可進行二維瀏覽以及三維重建後的模型查看，並可將模型導出為其他軟體支持的tif、mha等格式。

GIMIAS是一個開源的面向臨床實際工作流程的影像處理軟體平台，具體功能可任意擴展，可融合ITK、VTK、MITK等多種開源框架，並可在移動平台中應用。

MeshLab可管理面和處理大量的非結構化網格，並提供編輯、清理、修復及查核等功能，可對模型進行渲染及轉換。

中國的MITK是整合了醫學圖像分割、配准、可視化等功能的C++演算法庫；3DMed是應用軟體，包括數據獲取、數據管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。此外，戴亞康老師介紹了中科院蘇州醫工所開發的MIAS軟體系統以及腦組織全自動分割建模。

最後，戴亞康老師以自己開展的課題《面向精準醫療的人工髖關節生物三維列印關鍵技術與成套裝備研發》為例，講解了團隊合作研發以及臨床規範和標準對3D列印的重要性。

袁可嘉：3D列印從基礎研發到最後製造出可供植入的人工器官

作為投資人，袁可嘉老師在本次活動中主要從產品的角度來介紹3D生物列印，他以Anthony Atala 和 Sean Murphy在2014年發表的一篇論文開篇，首先介紹了該論文中定義的3D列印的未來發展路徑，「從3D列印生成的二維組織、中空組織、空腔器官（如肺、膀胱等）到實體器官，每個階段的產業化進程都不一致。產品越是複雜，其產業化進程所需的時間越久。」

如果按照Atala的思路再深入探討，3D生物列印的發展路線實際上是回答一系列問題的過程，比如材料是否生物相容？減材還是增材？平面還是立體增材？增材是否可降解？……

3D列印從技術到最終的產品是袁可嘉老師本次授課的重點講解內容，他以人工皮膚為例進行介紹，以下為6個要點：

（1）監管機構主要從最終產品角度來考察商品是否安全，有效；

（2）3D 列印作為一種生產人工皮膚的技術，會被與其他平台以及技術進行比較，以確認安全性和有效性；

（3）在3D列印技術之外，形成商業化產品還需要許多別的技術，如保存和運輸的成本，規模化生產，質量追蹤，品質均一性等等；

（4）政府監管的水平也需要與時俱進，作為組織工程較為發達的美國，單組織工程皮膚就可以分為上市前批准PMA, 上市前通知510K , 人道主義豁免HDE和不需要臨床試驗，歸類為人體組織移植物的人員性細胞外基質移植物，使各種不同風險和產品通過不同的監管路徑進入市場；

（5）投資機構看待企業的視點和監管機構類似，技術平台的優勢會被考慮但是最終決定性的還是商業化產品的銷售；

（6）從同一平台發展出不同產品的能力是考察平台技術優勢的指標之一，最終企業選擇的產品組合會綜合是會場因素和技術因素共同決定.

總體來說，技術到最終產品的路程包括實驗室技術成功或樣品完成、放大生產穩定性（中試）、工業化生產（各流程完善）、體系考核、臨床試驗、申報註冊、註冊證獲批、招標申請物價、申請進入醫保、學術推廣、分銷渠道建立、物流配送、售後服務、銷售競爭（海外市場開拓）以及拓展適應症。

袁可嘉老師最後總結道，「3D列印從基礎研究到最後製造出可供植入的人工器官，這個過程是比較長的，但是3D列印技術的發展非常有潛力，在一步一步地發展過程中，任何一步的技術突破，其實都有可能在臨床上被廣泛地應用，或者說具有非常大的潛在商業價值，要把這些潛在的價值充分發揮出來，這可能就是企業和研究機構最大的不同。目前3D列印在國內外均還處在早期階段，所以我們希望不同的企業之間能夠進行交流和分享，建立共享平台，促進3D列印產業更好地發展，並把發展過程中生成的產品更好地應用到臨床中，給病人帶來更大的價值，也為企業的發展帶來更大的價值。」

圓桌討論

在主題演講環節中，三位老師從技術路徑、數據影像、商業化等角度分析了當前3D列印技術的發展現狀和應用前景。緊接著是圓桌討論環節，該環節由楊熙老師主持，共同討論了3D列印構建的醫療器械的核心優勢、3D列印過程中計算機輔助技術的重要性、3D列印與精準醫療、3D列印要攻克的難點以及產業化等問題。

如何克服產業化落後，加促整個產業進入臨床？

3D生物列印的產業化最受關注，線上網友也紛紛提出了相關問題，來看看老師們怎麼回答。

袁可嘉：加速3D生物列印的臨床發展，受內因和外因的共同約束。內因主要在於企業本身，他們需要對技術進行梳理，包括不同的技術功能將來會有怎樣的應用，各種不同的應用又會有怎樣不同的市場空間，市場競爭又是怎樣的，銷售的覆蓋度又有多少……根據市場潛力和銷售難度，企業應該設計出與自身發展條件相符合的產品組合。

外因涉及到監管。監管機構要去適應整個技術的飛速發展，要給新的技術留出足夠的臨床應用空間。政府和醫院、企業和臨床之間都需要非常緊密地溝通。最後整個產業要形成一定的集聚，企業和企業之間不能單打獨鬥，因為目前整個產業還處在非常早的發展階段，如果大家能夠建立一定的共享平台，分享一些通用性的技術，讓每個人都能在平台中收穫到有利於自己發展的信息，才能將技術更快地應用到臨床中。

楊熙：我非常認同袁可嘉老師的觀點。從科學家和企業的角度來說，他們可以發現一些應用場景或者應用的突破點，但是要真正實現技術產品化或走向臨床，還需要解決企業和監管、企業和臨床或者臨床和監管之間的通路，要形成有效的結合。目前無論是國際還是國內都在努力創新，比如高校、企業、臨床機構等相互合作共同去實現某一個技術的應用。我也特別認同，在這個領域需要同行們的聚集，需要大家在不同的點位上共同發力和發聲。

前期研究是產業化的基礎，隨著國內機構的自我突破，目前我國在基礎研究上與國際的差距越來越小。真正要實現產業化，還受到很多因素的限制，比如監管的保守，如今國家考慮到了整個產業的升級，在監管上也有所改變；另外就是企業在觀念上也要有所改變，除了企業自我行為以外，產業聯盟以及產業聚集也發揮了很重要的作用。

目前國家在這個領域也制定了一些戰略規劃，無論是國家文件也好，還是監督機構的改革，我們都可以看到，具有突破性的產品在臨床上還是很受歡迎的，例如有細胞或有一定體外信號的產品很可能在這幾年能突破政策的監管，走向商業化。

戴亞國：從國家層面來說，近年來國家的重要文件規劃以及江蘇省的重點研發計劃都將3D列印納入其中，政策上的引導對技術的產業化有很大的好處；從產業角度來說，近年來3D列印的臨床需求在逐步增長，這無疑也會推動產業化進程；從教育方面來看，我們定期給各個學校做關於3D列印的科普教育，從中我們看到了它非常地受歡迎，連中小學生都非常的認可。總而言之，不管是從國家層面、中層層面、臨床應用，還是從3D列印的相關企業如雨後春筍般增長，我們可以看出，3D列印的前景非常好。

要加速產業化發展，一個是需要政策上的支持，一個是需要意識形態上的提升。要創新，就一定要投入足夠的精力和資金進行創造型的研發，不管是國內也好，國際也好，創新力比較強的企業或單位在研發上的投入都是非常大的，因為只有創造型的研發跟實際應用相結合，才會有產業上的提升，僅靠從量上提高經濟總量的方式是不能持續發展的。因此無論是政策，還是人們的意識形態，都要加大創新力度以及對創新的關注度。

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