3D打印技术优势凸显 将成生物医学产业新应用_生物医药_行业动态_中国化工仪器网
3D打印技术优势凸显 将成生物医学产业新应用
　　【中国化工仪器网 行业动态】3D打印技术契合工业4.0制造智能化、资源效率化和产品人性化的理念，成为国内外发展重点。在消费电子业、航空业、汽车制造业、生物医学以及个性化消费品等领域的商业化应用上，将大大提高制造业的生产效率、生产精度，同时起到节材节能的良好效果。　　　　　　3D打印技术被业界称为推动21世纪医疗个性化、精准化、微创化和远程化发展的重要技术支撑。据悉，我国生物3D打印呈现良好发展态势，已在医疗模型、个性化医疗植入物、仿生组织修复、手术器械、药物试验等医疗领域获得初步应用，未来或可用来制造活体组织和器官。　　　　笔者获悉，发改委日前发布的《&十三五&生物产业发展规划》提出，要推动3D打印技术在植入新产品中的应用。这说明3D打印技术已上升到国家发展战略的新高度，成为实现智能制造的重要抓手，需要大力发展。　　　　3D打印技术是完全具备软性制造和个性化定制双重优势的专用技术，代表了中国制造生产力的革命和生产工具的革新，作为&中国制造2025&实现&智能生产&&智能工厂&和&智能物流&三大核心主题的关键技术，集合大规模生产和手工生产的特点，实现高效率、低成本的生产方式，代表着未来智能制造方向。　　　　生物3D打印技术是3D打印技术与医疗技术的深度结合。生物打印发展路径可以预见的未来是逐步成熟的人工组织和器官的体外制造技术，以及可以用于临床的生物活性植入物的使用。随着智能制造时代的到来，生物医药行业智能制造的钟声早已敲响，3D打印技术作为21世纪重要技术之一，对于生物产业智能制造发展具有重要意义。　　　　数据显示，2015年我国3D打印市场规模达到78亿元，年复合增长率接近70%，预计到2018年市场规模将超200亿元。虽然我国3D打印产业起步较晚，但拥有全球最大的3D打印潜在市场，未来我国3D打印市场增速有望高于全球水平。随着市场需求提升以及技术的不断创新，医疗领域中的生物3D打印应用优势将日益凸显。市场研究公司P&SMarketResearch认为，未来全球生物3D打印市场年复合增长率将达35.9%，药物测试、器官移植以及整容手术等对生物3D打印市场发展将起到明显的支撑作用。　　　　生物3D打印技术是与医疗技术的深度结合，未来将逐步发展到成熟的人工组织器官体外制造技术。其中，3D打印人造器官是以活细胞为原料打印活体组织的一种技术，目前该技术已经在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域得到应用。研究表明，3D打印人造器官以自身成体干细胞经过体外诱导分化的活细胞为原料，在体外或体内直接打印活体器官组织，通过替换失去功能的器官或组织，一定程度上解决了移植供体不足等问题。　　　　据悉，在生物3D打印技术方面，前三甲的国家是美国、中国和西班牙。中国在生物3D打印专利申请方面，主要商家有广州迈普再生医学科技有限公司、四川蓝光应诺生物科技股份有限公司、杭州捷诺飞生物技术有限公司、青岛尤尼科技有限公司、西安铂力特激光成形技术有限公司等。但是从目前来看，该技术仍然面临着材料、成本、精度、配套软件等方面的挑战。由于医疗行业的特殊性，制定行业标准及完善监管体系也将是影响应用程度的主要因素。　　　　（原标题：3D打印技术优势凸显将植入生物产业新产品的应用）
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　　广州国际分析测试及实验室设备展览会暨技术研讨会(CHINA LAB),由国药励展展览有限责任公司及广东省对外科3D打印医疗应用概念上市公司有哪些？ - 南方财富网
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3D打印医疗应用概念上市公司有哪些？
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　　3D打印医疗应用概念上市公司
　　3D打印医疗应用市场将超百亿 有望重塑医疗行业
　　数据显示，全世界每天共有18个人因为找不到合适的器官移植而导致死亡。但这种局面有望得到改变，今后我们或许将可以通过3D打印得到合适的器官。
　　记者采访了解到，目前美国Organovo公司已经用3D打印技术培养出人体肝脏组织，用于毒理预测学和疾病建模，并计划在今年年底正式商用。随着技术的日益成熟，3D打印将掀起医学界的产业革命。
　　应用市场将超百亿
　　上海交通大学医学院附属第九人民医院的骨科诊室，一个特别的手术正在进行。
　　这是一个骨盆肿瘤患者，经过诊治后大半个骨盆被切除，面临残废的风险，医生正在想办法让他重新站立行走。
　　中国工程院院士、该院骨科主任戴∪纸淌诮樯埽凑找郧暗陌旆ǎ话闶鞘褂弥坪玫&通用型&金属制品或经过处理的异体骨头修复骨骼巨大缺损，但匹配度差，效果并不好。而如今，他们正在尝试用3D打印技术为患者重新&打印&一个新的骨盆。
　　在手术前，他们用CT扫描和磁共振技术采集完整的骨盆和肿瘤的数据，在此基础上在计算机中构建出病人骨盆的立体图像，并给出肿瘤的边界和手术切除的范围。同时，通过3D打印设备，打印出一个完整的与病人相同的骨盆模型。由医师先在模型上进行模拟切除，根据模型的残缺情况，设计制造出人工半骨盆假体并在模型上进行模拟安装和修正，模拟安装成功后，再使用钛合金打印出真正的骨盆假体。手术切除肿瘤后，植入假体并与残留骨盆精确连接。订制的骨盆表面还可加上特殊涂层或微孔结构，有利于周围组织与假体形成一体。最后的手术很成功，病人已经能够站立行走。
　　据悉，从上世纪80年代后期，戴∪值囊窖哦泳涂荚诠强朴τ3D打印技术即快速原型技术，已利用3D打印技术为九院和其他医院的数百例四肢和骨盆严重病变的病人制作了不同部位和形状的个体化骨关节修复假体，并取得成功。
　　3D打印也称&增材制造(AdditiveManufacturing)&，与传统的机械制造主要通过削除材料完成产品的方式不同，是一种以计算机的数据设计文件为基础，使用粉末状金属或塑料或者其他可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式，将材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体的技术。3D打印早在80年代就已经在美国出现，目前3D打印设备已经广泛地应用于航空航天、汽车、工业、医疗、建筑等领域。
　　戴∪侄约钦弑硎荆3D打印技术在医疗领域的发展空间巨大。从医学角度看，3D打印技术有几个特点，即因人制宜、就地制作、不限数量、节约成本，正好能满足个体化、精准化医疗的需求。
　　3D打印顶尖咨询机构Wohlers去年发布的一项报告显示，2012年3D打印市场(包括全球范围内所有的产品和服务)年平均增长28.6%(复合年增长率)，总产值达到22.04亿美元，过去三年(2010年-2012年)的年平均增长率为27.4%。2019年3D打印市场规模将达到60亿美元。在医疗方面的应用市场份额占15.1%，位居第三位。LuxResearch的分析师预测，3D打印技术在医疗行业将迅速采用，预测2025年该市场达到19亿美元，折合人民币超百亿。www.southmoney.com
　　业界认为，3D打印在医疗行业甚至整个生命学领域都有广泛的应用前景。康奈尔大学机械工程与计算机科学技术教授胡迪&利普森提出了一个&3D打印生命阶梯&概念，即把身体各部位排列成一个阶梯。阶梯底层是无生命的假肢;中层是简单的活性组织如骨骼与软骨;再往上是静脉和皮肤;最靠近阶梯顶层的是复杂且关键的器官，如心脏、肝脏和大脑;生命阶梯的顶层将是完整的生命单位&&&也许有一天将会是具备完整功能的人造生命形式。
　　戴∪纸樯埽壳耙搅菩幸3D打印技术的应用主要有以下几方面：一是无需留在体内的医疗器械，包括医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、助听器、齿科、手术导板等;二是个性化永久植入物，使用钛合金、钴铬钼合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通过3D打印骨骼、软骨、关节、牙齿等产品，通过手术植入人体;三是3D生物打印，即使用含细胞和生长因子的&生物墨水&，结合其他材料层层打印出产品，经体外和体内培育，形成有生理功能的组织结构。这项技术成功后，有望解决全球面临的移植组织或器官不足的难题。
　　Stratasys公司是全球3D打印的领先企业，专注于生产用于原型制作和直接制造的多个系列的3D打印机和打印材料，最近还发布了全球首款彩色多材料3D打印机。在体外医疗器械尤其是骨科和齿科领域，Stratasys已经有多款产品，他们能做到用不同的材料(包括FDM热塑性塑料和PolyJet光敏聚合物)模拟人体器官，外观更逼真且具备真实器官的密度和质感，从而帮助外科医生了解肝脏和肾脏等内部结构。
　　该公司大中华区总经理汪祥艮对记者表示，Stratasys的3D打印业务近年迅猛增长，2013年第四季度的非GAAP(非会计准则)总收益较2012年同比增长达61.6%。而今公司已看到3D打印医疗行业的应用优势以及未来的增长趋势，并已加大投入，进一步发展该技术在医疗行业的应用。
　　当前3D生物打印领域的先驱是美国Organovo公司。该公司商业运作执行副总裁MikeRenard告诉记者，他们用3D打印技术培养的人体肝脏组织，已经被用于毒理预测学和疾病建模，第一个正式商用发布计划在2014年底进行，届时将通过提供首个他们培养的人类肝脏组织样本，来扩大该技术的推广。&我们相信，(3D打印)组织工程学(应用)具有重塑全球药物和医疗领域的潜力。&MikeRenard说表示，目前3D生物打印能为测试新药的测试者提供更好样本、更好地理解疾病发展来帮助药物确定新目标，在培养组织时将病人自己患病细胞更好地进行融合从而作为开发个性化治疗方法的基础。
　　戴∪趾芸春酶眉际踉谝搅屏煊虻挠τ谩&3D打印非常有发展前景，对于医疗产品的创新改革以及推广应用都有重大推动，是一种非常有生命力的新技术!&
　　亟需政策支持
　　戴∪纸樯埽谝搅菩幸担壳3D打印在我国体外医疗器械制造和个性化永久植入物方面都有一些应用，供产品设计的医疗模型和指导手术的导板装置也已使用多年。而在3D生物打印方面，我国仍在实验阶段。（南方财富网个股频道）
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20:44:08来源: 南极熊 关键字：&&
& &伴随着科技的发展，器官移植成为越来越多脏器衰竭，恶性肿瘤患者生存的希望，但供体不足，一直困扰着患者和医生。因此地下器官交易，黑市交易器官猖獗。中国政府对新型器官移植技术也非常的重视。有关统计数据显示，我国每年150万器官衰竭患者中，仅有一万余人能得到器官移植，更多的人只能在等待配体的过程中病情恶化甚至离世。如果能够解决这项难题，无疑将成为最受市场关注的焦点。
&&近些年，随着3D打印技术的出现，器官移植所面临的难题有可能被解决的。3D打印技术出现在上世纪90年代中期，实际是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，是基于计算机三维数字成像技术和多层次连续打印的一种新兴应用技术。3D打印人造器官是以3D打印为基础的以活细胞为原料打印活体组织的一种技术。研究表明，3D打印人造器官可以以自身的成体干细胞经体外诱导分化而来的活细胞为原料，在体外或体内直接打印活体器官或组织，因而将失去功能的器官或组织替换，某些程度上这就解决了移植供体不足问题。所以，3D打印人造器官已在器官移植领域获得了一定的成果，在骨骼、人造血管、皮肤、血管夹板、心脏组织和软骨质结构等方面应用而生。但3D打印人造器官技术仍然存在着一系列的技术问题及安全问题。
　　1.3D打印人造器官技术在国外的发展
　　3D打印人造器官技术，目前在国外快速的发展，使得制造、生物科学等方面的科研人员重视。韩国浦项科技大学的 Lee等，2009年使用微型SLA 技术在生物制造领域生产组织支架。英国诺丁汉大学教授Sawkins等制造出机械性强度的结构用于骨修复利用细胞和蛋白兼容3D 打印人造器官技术。哈佛大学工程与应用学院教授Kolesky等，构造出异构细胞结构的血管基于生物3D打印技术。美国大力推动3D打印人造器官技术的研发，如：三维乳房癌组织测试系统的研究、细胞打印应用于创面修复的研究、基于细胞组装的集成微肝脏模拟壮志的研究等。麻省理工学院(MIT)、美国德雷赛尔大学(Drexel)等研究机构在细胞3D打印、器官打印等领域专项研究。部分医疗研究机构及公司利用3D打印人造器官技术打印出动脉、心肌组织、肺脏、肾脏等人体器官。Lee科研组制备了3D打印水凝胶管道模型，内径为1 mm，形成了微血管床成功诱导周围毛细血管。Koch等，研究证实了3D打印技术用于皮肤组织再生的可行性，将负载成纤维细胞与角化细胞的胶原为原料。
　　3D打印人造器官技术在国内的发展
　　3D打印人造器官技术在国内迅速的发展，与国际水平相比上下。徐铭恩团队来自杭州电子科技大学自主研发出一台生物材料3d打印机，较小比例的人类耳朵软骨组织、肝单元等现已在这台打印机上成功打印出。该研究成果被国际最具有影响力的期刊Biomaterials评为2012年在3D打印人造器官领域的最高水平。Hsieh等为中国台北国立台湾大学分子科学与工程学院的，在中枢神经系统修复的应用是利用温敏生物材料载神经干细胞结合3D打印人造器官技术。清华大学徐弢等打印了动物心脏，是利用心肌细胞和生物材料模拟。发现打印出的细胞能够有节奏地跳动，提示打印出的器官可以具有一定的功能，还将羊水中提取的干细胞进行3D打印，并加入骨系分化因子，获得了活性的骨组织。除此之外，千人计划国家特聘专康裕建团队利用Rollovesseller3D打印平台，将含有种子细胞、生长因子和营养成分等组成的&生物墨汁&，其他材料结合层层打印出产品，打印经培育处理后，形成组织结构并具有生理功能;同时，发明生物打印的核心技术生物的专利，即一种新型的精准的具有仿生功能的干细胞培养体系。国内3D打印人造器官技术快速的发展，已在细胞、器官、医疗植入体等不同领域应用而生。
& 2.3D打印人造器官技术取得的成就
　　目前，由3D打印人造器官技术打印出来的器官组织，会存在结构上非常不稳定、过于脆弱的缺点，无法用于外科移植手术。并且这些成品缺乏血管构造、尺寸也偏小，即便移植，器官也不容易获取氧和营养物质，很难存活。
　　就上述存在的缺点，美国韦克福雷斯特大学再生医学学院的研究团队改进了现有3D打印人造器官技术，开发出&组织和器官集成打印系统&(ITOP)。这一新开发的3D打印人造器官系统，可将含有活性人体或动物细胞的水基凝胶与可生物降解的聚合材料结合作为打印材料，有助于人造器官形成稳定结构。这一系统还能在人造器官中打印出许多类似血管的微小通道。器官组织移植到动物身上后，可通过这些通道获取氧和营养物质，这是保证器官移植后存活的关键。一段时间后，血管会逐渐在人造器官中生长，取代微型通道。
　　为验证效果，研究人员将打印的人造耳朵、肌肉纤维和颚骨移植到小鼠身上。一段时间后，这些人造器官组织都成功存活下来，并长出了血管和神经等结构。器官移植报告作者之一、韦克福雷斯特大学再生医学学院学者安东尼&阿塔拉说，将两种材料结合的打印过程以及组织结构中的微小通道，为人造器官中的细胞存活、组织生长提供了适当环境。ITOP的另一个优势是，能够通过计算机断层扫描及核磁共振成像技术为患者&量身定制&要移植的器官组织。比如一个患者需要接受耳朵移植，这一系统能够根据成像数据打印出尺寸合适的人造耳朵供移植。
　　研究人员说，他们在试验中使用过人类细胞及兔子、老鼠等动物的细胞进行人造器官组织打印，都取得了不错的效果。目前，这项技术还处于早期试验阶段，需进一步改善，以便未来能用患者的细胞打印出真正可用于外科移植手术的人造器官。
　　3.目前3D打印人造器官技术都有哪些类型
　　3D打印人造器官打印机分为喷墨人造器官打印(Inkjet bioprinting)、微挤压成型人造器官打印(Microextrusion bioprinting)和激光辅助人造器官打印(Laser&assisted bioprinting)三类，根据其工作原理。这三类打印机在打印再生组织和器官上各有利弊。
　　4.喷墨人造器官打印
　　由2D打印机改造而来的喷墨式人造器官打印，打印原料由生物材料代替油墨，以电控升降平台控制喷头升降，从而打出立体三维结构的构造。依靠热或声波使得液滴滴落而成型是喷墨式打印机的原理。
　　热喷墨打印机打印依靠电加热打印头，生成压力脉冲而使液滴离开喷嘴。这种打印方式具有打印速度快、成本低、应用广泛等优点。但是也具有缺点即在打印过程中会使得细胞和生物材料承受热和机械应力，并且其喷头易被堵塞、液滴方向性不明显、液滴大小不均匀等等，这些缺点影响了在生物打印方面的应用。用声辐射力量与超声波场把液滴从气液界面喷射出的声控喷墨打印机。控制液滴的大小与滴出速率是通过控制超声参数来实现的。具有避免了热与压力对生物材料的影响，同时可控制液滴的大小、并避免了喷口堵塞的优点。然而，该技术对所打印的材料黏度要求10厘泊以下的限制。此外，喷墨人造器官打印具有打印生物材料必须以液态形式存在的缺点，这样才能形成液滴。另外，通过材料直接堆砌而成型喷墨打印的方式，要求所打印对象的三维数据结构必须已知而且清晰。
&5.微挤压成型人造器官打印
　　微挤压成型人造器官打印具有将热熔性材料通过加热器熔化，通过送丝机构将抽成丝状的材料送进热熔喷头，在喷头内被加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，并将半流动状态的材料按CAD分层数据控制的路径，挤出并沉积在指定的位置凝固成形，并与周围的材料粘结，层层堆积成型的工作原理。
　　微挤压成型人造器官印刷机打印的准确性更高并且拥有更加出色的分辨率、速度，其空间的可控性以及在可打印的材料上亦具有更多的灵活性，但与喷墨打印机相比较价格较贵。该打印机具有打印出的组织中细胞存活率低的缺点，这一缺点在一定程度上限制了其在再生医学组织构建上的应用。
　　6.激光辅助人造器官打印
　　在玻璃板吸收层上用激光聚焦脉冲产生一个高压液泡，将带有细胞的材料推到在接收基体上是激光辅助人造器官打印机(LAB)的工作原理。
　　LAB具有喷头为开放式，故其不存在喷头堵塞的问题，同时其对细胞的伤害小，细胞的存活率可达95%以上的优点。但是其很难打印出各类型细胞混合材料，而且价格相比更贵，这亦一定程度上限制了其实际的临床应用。
　　伴随着科技的不断进步，3D打印人造器官技术在临床上得到了的应用。
　　7.人造骨骼
　　个性化定制人工骨骼在临床应用中需求量特别大，是由于人体骨骼形态不规则，个体形态差异较大。瑞士伯恩塞尔医院的Weinand领导的研究团队成功复制了他自己的拇指骨。比利时哈塞尔特大学BIOMED研究所为患者打印并移植了下颌骨利用激光辅助3 D打印技术。南方医科大学黄华军等，收集临床复杂胫骨平台骨折病例以及常用胫骨平台钢板的CT数据，进行骨折三维重建、虚拟复位以及建立钢板三维模型库，然后进行内固定方案的数字化设计。3D打印出骨折复位模型以及钢板模型，在3D模型上按照数字化设计内固定方案进行模拟手术，结果显示3D打印技术结合数字化设计能有效的提高复杂胫骨平台骨折内固定植入效果。
　　8.人造血管
　　当今，由于心脑血管疾病的不断增多，临床上对血管移植物的需求更加明显。如今，方便快速地制造出可供移植的血管和血管修复材料是利用3D人造器官技术实现的。新加坡南洋理工大学的Leong等试图研究适合于SLS技术的聚合物及其成形结构的特性，提出了制造条件、制造精度、材料生物相容性和可重复性是3D打印技术的关键要素，利用选择性激光烧结制造血管支架结构。Lee等制备了内径 1mm的3D打印水凝胶管道模型，成功诱导周围毛细血管形成了微血管床。又如，美国宾夕法尼亚大学Miller 等首先将碳水化合物玻璃打印成网格状模板，用浇注法复合载细胞水凝胶形成管道状血液通路。德国的Gunter Tovar博士制作出毛细血管，具有良好的弹性与人体相容性，不但可以用于替换坏死的血管还能与人造器官结合，还可能使构造的组织与器官实现再生血管，利用3D打印双光子聚合和生物功能化修饰。
　　9.人造器官
　　3D打印肾脏的技术在2011年美国Wake Forest University的AnthonyAtala的TED大会上展示，到目前为止，3D打印人造器官技术取得了很大的进步。美国Organovo公司打印出人体肝脏薄片，微型肝脏只有0.5 mm厚、4 mm长，却具有真正肝脏的大多数功能，利用3D人造器官。杭州电子科技大学的徐铭恩教授团队自主成功研制出的商品级3D打印机可打印生物材料和活细胞，目前成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝单元等在这台打印机上。肝小叶是肝结构和功能的基本单位，模仿肝小叶结构制备肝单元，是制造人工肝脏的主要过程。
　　10.皮肤修复
　　有研究者研究将不同细胞外基质应用于皮肤3D打印技术中，这样可以最大限度将皮肤的活性及其他天然属性提高，使得移植后受损皮肤的修复及打印皮肤与正常皮肤有效地融合。在这方面，Baca等证实该纳米生物材料可保持细胞的水分、渗透压、pH值等理化特性，并有效促进和维持细胞的生长，采用多孔纳米生物材料模拟细胞外基质。将人皮肤成纤维细胞和角朊细胞直接沉积在支架上，取得了良好的皮肤组织再生效果，采用静电纺丝技术制成多层胶原支架。Hahn等将人真皮成纤维细胞加在凝胶内，将其打印在透明载体上，这样细胞只能黏附在暴露的或不被修饰的凝胶表面，继而实现让细胞在必要的区域生长，用光刻技术修饰融化凝胶模型的表面形状。借此更好地控制打印出的皮肤组织块形态和结构，保证打印的皮肤组织与伤口皮肤缺损完全吻合，为临床中的个体化治疗奠定基础，并实现3D打印皮肤向转化医学的顺利过渡。
　　3D打印人造器官技术是新一轮的发展机会，中国政府不断加大器官移植新技术投入，目前我国3D打印人造器官技术研究迈入国际先进水平，具有很好的前景。如今，3D打印人造器官技术，机会与面临问题并存，如：单细胞、多种细胞、细胞团簇的受控三维空间输送、精准定位、排列与组装，以及生物制造过程中对细胞的损伤及生物功能的影响等。细胞与生物材料的特殊性，材料学、制造学、生物学等多交叉学科的合作及多喷头生物3D打印设备的应用，是由于人体复杂的器官结构及功能的多样性，这将成为研究者未来研究的主题，同时是实现复杂器官制造的核心所在。在近几年随着研究的不断加深、各学科的整合与突破、诸多科学问题的逐一突破，3D打印人造器官将会成为一种广泛使用的医疗技术。器官移植将逐步脱离单纯的器官捐献，缩短器官移植等待时间，拯救更多需要器官移植的患者。
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编辑：鲁迪
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