3D列印技術變革醫學的Top5領域

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在某人的主動脈內插入一個鋼筆大小的血管支架之前，軟管一樣的動脈攜帶著血液遠離了心臟，醫生Jason Chuen喜歡在「患者」身上先進行一個練習。當然，那不是真的，而是一個塑料的。

Jason Chuen醫生

這就解釋了他辦公室里的3D印表機，以及在墨爾本奧斯汀醫院窗台上的色彩鮮艷的塑料主動脈。他們都是用真實的病人做的，依照CT掃描、超聲波和X射線列印出來的。

「通過使用這種模型，我可以更加容易的評估它的尺寸是否適合，以及當我部署支架時，它是否以正確的方式彎曲，」Chuen表示。他是奧斯汀健康的血管外科主任和墨爾本大學的臨床研究員。

他說，3D列印技術將會改變醫學，無論是患者特有的手術模型、定製的假肢、個性化的隨需應變的藥物，甚至是3D列印的人體組織。在墨爾本大學機械工程系的幫助下，他按照自己的方式進行3D列印的研究，現在他所在的實驗室已經發展成為醫院的3D醫學列印實驗室。

「目前3D列印技術正處於醫學研究的前沿，但在未來，我們所有在醫療保健領域的人會將這種技術視為理所當然，」 Chuen表示。

在核心3D列印技術中，利用計算機導航技術，通過加熱的塑料或粉末等材料，例如金屬和陶瓷，將這些材料層堆積從數字計劃中創建3D物體。3D列印正被用來列印任何東西，從玩具到食物，到按需生產軍艦的零部件，甚至是無人機。醫學是另一個前沿領域。

3D 列印塑料主動脈。圖片來源： 奧斯汀健康 3D 醫療印刷實驗室

在《Medical Journal of Australia》上，Chuen和他的澳大利亞同事JasamineColes-Black博士最近發表了一篇文章，提醒專業醫療工作者3D列印的潛力。以下是3D列印改變醫學的五大領域：

生物列印和組織工程

這聽起來像Frankenstein的東西，我們最終能3D列印人體器官嗎?不確切，Chuen先生說。但他相信，在未來，我們將能夠3D列印人體組織結構，並且這些列印出來的結構能夠執行器官的基本功能，替代一些移植的需要。

科學家們已經開始使用3D列印技術來製造「類器官」，這種器官可以在很小的範圍內模仿器官，並可以用於研究。它們是用幹細胞來構建的，可以通過刺激使之生長成為特定器官的功能單位，比如肝臟或腎臟。他所提出的挑戰是，將類器官提升到一個能夠修復病人體內衰竭器官的結構。

這種「生物列印」使用一種電腦引導的移液器，它吸收了在營養豐富溶液中懸浮的細胞培養基，並將它們「列印」在凝膠中。沒有這種凝膠，細胞就會變成一團水。問題是，Chuen指出，一旦在凝膠內部，細胞在幾分鐘內就會死亡。對於像類器官這樣的小結構來說，這並不是一個問題，它可以快速建立，然後轉移到營養液中。但是，當試圖建立更大的東西，比如一個器官時，這就是一個問題了，因為最初的細胞層將在組織形成之前就會死亡了。

「除非有一些突破出現，使我們能夠在列印的時候保持細胞存活。那麼我認為列印完整的人體器官仍然是不可能的。但是，依然有這樣的潛力，找到方法如何可靠地製造出類器官或組件，然後我們可以將之結合在一起，使它們像一個器官一樣運作，」Chuen指出。

藥理學

患有一系列疾病的人，如老年人，往往依賴於整天服用多種藥物。但想像一下，如果一粒藥片能取代醫生開出的十粒藥片呢？據Chuen表示，3D列印正在使這成為可能，它正在打開一個全新的定製藥品的世界。

3D列印的「聚合藥丸」可以用一顆藥丸替代多種藥物。圖片來源:Pixabay

不是簡單地將一種藥物嵌入到一種用於在設定的時間溶解和釋放藥物的藥片中，3D列印的精確度意味著藥片設計成可以包含不同釋放時間的藥物。為糖尿病和高血壓患者設計的含有三種不同藥物的3D列印「聚合藥丸」已經得到了開發。

也許在未來，醫生會給你一個列印說明書的數字文件，替代現在的醫療處方。

手術預演

對使用3D列印模型進行預演的外科醫生的研究表明，手術可以更快地完成，對病人的創傷也更少。僅是潛在的成本節約也是相當可觀的。正如Chuen所指出的，運營一個手術室需要花費每小時2000澳元，即每分鐘超過30美元。

3D列印腎臟，腫瘤是藍色的和血管是粉紅色和紫色的。這樣的模型正在被外科醫生用來預演他們的手術計劃。圖片:奧斯汀健康3D醫學列印實驗室

Chuen先生和Coles - Black博士已經開始列印病人腎臟的副本，以幫助奧斯汀的外科醫生計劃切除腎臟腫瘤。這種硬質塑料模型可以用更昂貴的柔性材料——如熱塑性聚氨酯列印出來，會更加逼真。在Mr Chuen的辦公室里，硬塑料主動脈的材料成本約為15澳元，而如果用軟塑料列印，成本可能上升到50澳元。

3D列印生物模型的真正成本不僅僅是材料或印表機，還有用於將掃描轉換成印表機文件的軟體。Chuen使用的3D分割軟體每年的成本約為2萬澳元。

定製假肢

自從3D列印開始，人們很快就能看到為他們的寵物創造業餘假肢的機會——從小狗到鵝，甚至是烏龜。與人類不同的是，對於寵物來說，沒有量產的假肢。但是，隨著3D列印技術越來越多地用於按需製造患者定製的假肢，量產的假肢可能會成為歷史。

「例如，在髖關節置換手術中，外科醫生必須切割和修復病人的骨頭，以適應假體，但在未來，往往是3D列印假體以適合患者是正常的。」

分散式生產

就像3D列印允許定製藥品和設備產品一樣，產品本身也可能會本地化。Chuen表示，未來大量包裝藥品和假肢的倉庫可能會被替代，通過醫院和藥店下載列印指導說明，然後利用存儲的原材料按需求進行列印。

他說，這樣的分散式製造可以使藥品和設備在全世界範圍內通用，只要當地的一家醫院有列印技術並能獲得原材料。

然而，Chuen警告說，分散式生產將為確保最終產品的質量控制帶來新的風險。它將發生根本性的責任轉移，從原本的供應商轉移到藥品或設備製造的地方。「這代表著一個巨大的轉變，我們必須弄清楚它是如何運作的。但如果我們能夠正確監管，那麼它將改變人們對醫療產品的獲取。」

但對於Chuen來說，醫學3D列印的直接挑戰是確保醫療專業人員自己能夠跟上技術的發展。因為這需要他們的臨床經驗來推動醫學3D列印能夠在實踐中成功應用。

Chuen表示，「這是一項革命性的技術，將使醫療保健變得更好、更快，更個性化。但我們需要更多的醫學專業人員開始探索和試驗這項新技術能夠做什麼。因為，許多我們認為不可能的事情現在已經成為可能。我認為我們正在走向一個世界，如果你能想像它，你將能夠列印它——所以我們需要開始想像了。」

參考資料：

[1] FIVE WAYS 3D PRINTING IS CHANGINGMEDICINE

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