未來器官也可以用3D列印——3D生物列印技術

3D列印也稱為「增材製造」，它是一種新型的快速成型技術，與傳統的減材製造工藝不同，3D列印是以數據設計文件為基礎，主要利用計算機三維繪圖軟體進行不同列印產品3D模型構建，並通過對多種複合材料的逐層堆積粘結成型，以構造成三維物體。

現代意義上的3D列印技術於20世紀80年代中期誕生於美國。Charles.Hull（3Dsystems公司創始人）和Scott Crump（Stratasys公司創始人）是3D列印技術的先驅人物，3D列印與傳統製造業的最大區別在於產品的成型過程上。3D列印可以克服一些傳統製造上無法完成的設計，製作出更複雜的結構。

3D列印誕生以後，隨著技術的進步，3D印表機變得廉價和無處不在。目前，3D列印設備已經廣泛地應用於航空航天、汽車、消費電子、工業、醫療、建築等領域。隨著3D列印技術越來越成熟，它的應用範圍將越來越廣，未來將深刻的改變世界製造業的理念、方法和格局。

3D列印技術在醫療領域的發展空間巨大，從醫學角度看3D列印技術有幾個特點，即因人制宜、就地製作、不限數量、節約成本。正好滿足個體化、精準化醫療的需求。3D列印在醫療行業甚至整個生命科學領域都有廣泛的應用前景。

3D列印技術除了應用於體外醫療器械包括醫療模型、醫療器械——如假肢、助聽器、齒科手術模板等。還用於人體永久植入物。對人身體各部位的複製是高度定製化的產品，通過3D列印這些部件可以與身體完全契合，與身體融為一體。以骨骼為例，當人體的某塊骨骼需要置換，可掃描對稱的骨骼，再列印出相應的骨骼，最後通過手術植入體內。

目前對於3D列印骨科植入物金屬材料的研究主要集中於鈦及鈦合金。近年來出現的熱點金屬材料，例如鉭、鎂、鋅等，由於自身材料的性能還不完善，仍處於研究階段，暫未獲得臨床應用。

鈦金屬比強度高，彈性模量與皮質骨近似，密度低，且具有高耐腐蝕和良好的生物相容性。作為創傷類骨釘板、膝髖關節假體及脊柱植入物原材料，廣泛應用於骨科植入物領域。3D列印鈦金屬骨科植入物是3D列印技術在醫療行業發展最快速、臨床轉化最多的領域之一。

我國已上市的3D列印鈦合金骨科植入產品包括髖臼杯、人工椎體和脊柱椎間融合器等。其中3D列印人工椎體於2016年獲批上市，為世界首例獲批上市的3D列印人工椎體。

目前3D列印鈦合金植入物的成型工藝主要以選擇性雷射熔融（SLM）和電子束熔化成型（EBM）兩種技術為主。EBM技術的成型精度略差，但成型效率高，成型部件殘餘應力低，不需要二次熱處理，適合骨科植入物的直接成型。全球已上市的鈦及鈦合金骨科植入物產品多由EBM技術製備而成。SLM技術的成型效率較低，殘餘應力較大，需要二次熱處理，但成型精度高，在精細零件製作和複雜成型結構方面更有優勢。

3D列印技術還可用於細胞列印，細胞列印屬於較為前沿的研究領域，是一種基於微滴沉積的技術——一層熱敏材料，一層細胞逐層列印，熱敏膠材料經過溫度的調控後會降解，形成含有細胞的三維結構體。3D細胞列印能夠為再生醫學、組織工程、幹細胞和癌症等生命科學和基礎醫學研究領域提供新的研究工具；為構建和修復組織器官提供新的臨床醫學技術；推動外科修復整形，再生醫學和移植醫學的發展；應用於藥物篩選技術和藥物控釋技術，在藥物開發領域具有廣闊前景。

Nature Biotechnology雜誌今年發表的一篇文章揭示了一種新型的3D列印技術——集成式的組織和器官列印技術，該列印技術能夠構建出結構穩定具備功能的人耳器官、骨骼和肌肉組織，更重要的是這些組織器官融入微通道，能夠維持其繼續生長形成血管、軟骨等系統，從而發揮功能。這項技術能夠製造出穩定的符合人類尺寸的任意形狀的組織。如果能夠得到進一步的開發，這項技術還有望用於列印活體組織器官並進行手術移植。目前這項技術發展的主要障礙是如何在列印過程中保證細胞存活以及如何將維持器官運作的所有「配件」組裝到一起，比如維持氧氣供應的血管結構。

3D生物列印能為新藥的測試者提供更好的樣本，更好的理解疾病發展，以幫助確定新目標。在培養組織時將患者自己的患病細胞更好的進行融合，從而開發出個性化治療方法。

2015年美國食品藥品監督管理局（FDA）已在全球批准首款完全用3D列印製作的藥片。這款名為Spritam的藥物由美國Apprecia製藥公司研製，用於治療癲癇患者，該藥物獲得批准意味著個性化定製藥物不再是夢想，這不但可以實現藥物活性成分的個性化定製，還可以實現劑量的個性化定製。

我國的3D列印技術仍處於起步階段，3D列印的核心技術多數都在國外，我國醫療行業使用的3D印表機和金屬列印材料多數依賴進口，國內的 技術還不成熟，與歐美國家 相比仍有比較大的差距，但3D列印技術是一項極有生命力的技術，而國內巨大的市場需求必然會促進該領域的技術發展，相信中國的3D列印技術在可預見的未來必定會有長足的進步。