發(fā)布日期：2017-12-18
生物3D打印技術(shù)是一種平臺(tái)性的關(guān)鍵共性技術(shù)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整合醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)來(lái)“打印”出一個(gè)跟人的器官或者組織完全一模一樣的替代品，用于組織修復(fù)、器官移植。比如皮膚移植用來(lái)治療燒傷；肝移植、腎臟移植用來(lái)治療肝癌、腎功能衰竭等等。該項(xiàng)技術(shù)無(wú)論對(duì)制藥企業(yè)新藥創(chuàng)制、醫(yī)療器械企業(yè)個(gè)性化醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，以及醫(yī)院醫(yī)療新技術(shù)的研發(fā)轉(zhuǎn)化都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
但隨著生物3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，打印通量低、制備標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化等問(wèn)題已成為制約該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。生物3D打印除了利用傳統(tǒng)3D打印的核心技術(shù)以外，所有制造過(guò)程必須符合生物學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，要能保證細(xì)胞活性、組織功能，還要符合醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。這就需要大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得針對(duì)每種器官相應(yīng)的生物材料、細(xì)胞和生長(zhǎng)因子的各種最佳組合。此外，還需要對(duì)3D打印產(chǎn)生的器官進(jìn)行功能測(cè)試。
因此，生物3D打印的技術(shù)層面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)簡(jiǎn)單的用3D打印來(lái)制造模型?？偨Y(jié)來(lái)講，成功的生物3D打印必須克服以下幾個(gè)具體的技術(shù)難題：
1、細(xì)胞技術(shù)
選擇什么類(lèi)型的細(xì)胞，對(duì)于3D生物打印相關(guān)的生物組織或者器官是至關(guān)重要的。人體的不同組織都是由特有的細(xì)胞組合而成，肝臟主要有肝細(xì)胞，心臟主要有心肌細(xì)胞，皮膚主要有各種上皮細(xì)胞等。但是不是所有組織特有的細(xì)胞都可以在體外分離進(jìn)行培養(yǎng)，而且不是所有細(xì)胞都能在經(jīng)歷了生物3D打印的環(huán)境之后還能夠保持自身的生物活性。所以如何優(yōu)化細(xì)胞分離、培養(yǎng)、增殖技術(shù)是保證生物3D打印成功的前提條件。
2、生物材料
人體不同的組織器官有其特有的物理學(xué)特性、力學(xué)特性等，例如皮膚的柔軟、骨組織的堅(jiān)硬等，致使在對(duì)不同組織進(jìn)行生物3D打印的過(guò)程中，需要選擇與組織特性相對(duì)應(yīng)的生物材料，并且這些材料需要最大程度的保持所選擇細(xì)胞的生物活性和功能。更重要的一點(diǎn)是，所選擇的材料必須通過(guò)3D打印系統(tǒng)進(jìn)行操作。這就使生物材料的選擇非常具有挑戰(zhàn)性，而且需要在打印過(guò)程中不斷地優(yōu)化和改進(jìn)。
3、制造平臺(tái)
目前應(yīng)用于生物3D打印的平臺(tái)主要有Laser-based（鐳射）、Inkjet-based（噴繪）和Extrusion-based（擠制）這三種主要的平臺(tái)。這三種平臺(tái)各有各的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的特殊功能，對(duì)硬件技術(shù)的需求也各不相同。如何根據(jù)需要制造的不同組織器官，合理地選擇平臺(tái)也是生物3D打印能否成功的關(guān)鍵。這三種平臺(tái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)3D打印或3D制造系統(tǒng)，所以最關(guān)鍵的一點(diǎn)是如何將其與生物制造的體系融合，使之發(fā)揮最大功效的同時(shí)，保持細(xì)胞的生物活性和生物材料的物理特性，并且使產(chǎn)品滿(mǎn)足醫(yī)學(xué)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。
目前，國(guó)內(nèi)外生物3D打印的醫(yī)療器械主要集中在如金屬髖關(guān)節(jié)、PEEK顱內(nèi)骨修補(bǔ)等不可降解的三維打印器械，以及羥基磷灰石等骨科修復(fù)材料，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距不大?？山到饨M織修復(fù)器械是生物3D打印技術(shù)下一階段的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，也將帶來(lái)更為巨大的市場(chǎng)。
3D打印技術(shù)是我國(guó)“十三五”計(jì)劃重點(diǎn)支持、重點(diǎn)發(fā)展的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，并被列入“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持的重大專(zhuān)項(xiàng)之一。衛(wèi)計(jì)委、工信部和國(guó)家食品藥品監(jiān)督總局等單位，出臺(tái)了一系列產(chǎn)業(yè)支持政策，并明確指出“3D打印技術(shù)在醫(yī)用方面的前景大、市場(chǎng)廣，工信部將加大扶持和協(xié)調(diào)力度”，“3D打印醫(yī)療器械對(duì)促進(jìn)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，推進(jìn)國(guó)家的發(fā)展具有重要意義，國(guó)家食品藥品監(jiān)督總局已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)變相應(yīng)的制度和審批程序，使3D打印技術(shù)得到合理高效的發(fā)展”。
12月13日，工信部等十二部委發(fā)布關(guān)于印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》的通知，預(yù)期行動(dòng)計(jì)劃將在政策扶持等方面給予產(chǎn)業(yè)一定的支持，生物3D打印產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為目前最被看好的市場(chǎng)領(lǐng)域。面向醫(yī)療應(yīng)用的生物3D打印技術(shù)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向很明確，政府將大力支持發(fā)展3D打印技術(shù)。
2016年，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)80億元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)，在2015年到2020年期間，全球生物3D打印市場(chǎng)銷(xiāo)售年均復(fù)合增長(zhǎng)率將維持22%左右，到2020年，全球市場(chǎng)規(guī)模將突破23億美元。
來(lái)源：火石創(chuàng)造
