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醫(yī)療激光新聞

3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域市場中的突破及發(fā)展

星之球科技 來源:榮格2015-08-10 我要評論(0 )   

自十多年前面世以來,3D打印技術(shù)已經(jīng)作為一種加工方式徹底改變了制造業(yè)。不斷增加的成本壓力以及推出創(chuàng)新產(chǎn)品的強烈需求,迫使醫(yī)療設(shè)備制造商采用3D打印這種手段來減少...

     自十多年前面世以來,3D打印技術(shù)已經(jīng)作為一種加工方式徹底改變了制造業(yè)。不斷增加的成本壓力以及推出創(chuàng)新產(chǎn)品的強烈需求,迫使醫(yī)療設(shè)備制造商采用3D打印這種手段來減少生產(chǎn)周期。傳統(tǒng)的制造技術(shù)是基于減成法,即通過基材的切割或鉆孔來生成所需產(chǎn)品。3D打印則是通過逐層添加材料生成所需產(chǎn)品。因此,這個過程也稱之為“增材制造”。盡管3D打印實際上是增材制造的一個分支,在行業(yè)中3D打印也會被稱為增材制造。醫(yī)療應(yīng)用的整個3D打印市場也根據(jù)其應(yīng)用、原材料和技術(shù)被分門歸類。
 
      2012年,3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到3億5450萬美元,預(yù)計到2019年,將達(dá)到9億6550萬美元。據(jù)分析,2012年,北美占據(jù)了3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場的最大份額。然而,在2013年至2019年這段預(yù)測期內(nèi),預(yù)計歐洲將達(dá)到15%的最高增長率。這種增長將歸因于政府的資助、各種具有更好技術(shù)的企業(yè)的兼并和收購以及有利的報銷政策。
 
      這個行業(yè)一直需求技術(shù)可靠的產(chǎn)品,因此全球3D打印醫(yī)療應(yīng)用市場在近幾年來也一直在增長。3D打印為醫(yī)療保健這個行業(yè)提供了極好的解決方案,如手術(shù)器械、生物工程產(chǎn)品、醫(yī)療植入物和手術(shù)導(dǎo)板。這些解決方案徹底幫助醫(yī)療行業(yè)解決復(fù)雜的醫(yī)療難題。至于其它導(dǎo)致3D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場增長的因素則是市場對經(jīng)濟有效的醫(yī)療解決方案有巨大以及迅速的需求。然而,盡管有這些強大的市場驅(qū)動力,醫(yī)療應(yīng)用中的3D打印依然面臨著許多挑戰(zhàn),如原材料的價格波動以及缺乏使用這些設(shè)備的專業(yè)人士。而在我們更進一步談?wù)?D打印在醫(yī)療應(yīng)用市場的發(fā)展前,我們也許該了解一下近年來3D打印在醫(yī)療應(yīng)用中的一些突破。
 
      3D打印讓病人能夠使用自己的細(xì)胞生成替代的細(xì)胞,甚至是器官。這對醫(yī)療保健行業(yè)來說有重大的意義,而其潛在的好處也是巨大的,因為這樣能夠消除病人的身體對移植產(chǎn)生排斥的危險。在這個領(lǐng)域中的其中一個先驅(qū),是圣地亞哥Organovo公司的開發(fā)組。該公司在2014年1月29日呈遞了其首個3D生物打印肝臟組織的樣本。就像一般3D打印一樣,這種生物技術(shù)使用3D打印機逐層打印肝臟細(xì)胞和血管內(nèi)壁細(xì)胞,一共打印大約20層,如此這些細(xì)胞就形成了一個結(jié)實的實體器官,從而起到人體組織的作用。目前,創(chuàng)建人體組織最大的障礙仍然是如何制造出為生命提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)难芟到y(tǒng),因為在組織從打印機上剝離之后,活的細(xì)胞體會逐漸死亡。但是,Organovo公司在一定程度上已經(jīng)克服了血管壁細(xì)胞的問題。“我們已經(jīng)成功的打印出了一個500微米深的迷你肝臟組織,它具備普通肝臟所擁有的將激素、鹽和藥物運送到身體各處蛋白質(zhì)的功能,并且可以正常存活40天。”Organovo公司商業(yè)運作執(zhí)行副總裁Mike Renard表示。
 
       目前,Organovo公司已經(jīng)推出3D打印的肝臟 exVive3D™,大小只有幾毫米,卻能夠像真實人體肝臟一樣自行產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
 
 
 
      2014年初,哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究所的科學(xué)家們宣布,他們已經(jīng)使用多個打印頭和特制的“墨水”創(chuàng)造出復(fù)雜的、帶有完整微小血管的生命組織結(jié)構(gòu)。這一成果標(biāo)志著科學(xué)家向著制造可植入的全功能活性組織(或器官),或者用于測試新藥安全性和有效性的活性組織邁出了重要一步。由Jennifer Lewis博士帶領(lǐng)的這個小組,還研發(fā)出用內(nèi)皮細(xì)胞組成血管的方法。該技術(shù)能讓血管組織有序排列,并通過3D打印技術(shù)去組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時保持血管深處的細(xì)胞存活。和生物技術(shù)公司Organovo一樣,這只哈佛團隊也在申請用3D打印技術(shù)打印出的血管組織進行藥物篩選的實驗。同時這項生物工程得到的血管網(wǎng)絡(luò),還能用于腫瘤的變化以及傷口愈合等醫(yī)學(xué)研究。打印人體組織以及血管的最終目的是打印出實際可用的器官。
 
     路易斯維爾大學(xué)心血管創(chuàng)新研究所的負(fù)責(zé)人兼科技總監(jiān)Stuart K Williams博士曾于2013年表示,路易斯維爾大學(xué)已經(jīng)利用細(xì)胞打印出了人體心臟心臟瓣膜和小靜脈。并且,他們已經(jīng)將這些部分在小白鼠和其它小動物身上做了實驗,并取得了成功。心臟移植或者使用人造心臟都會使病人需要吃抗排斥的藥物。然而3D打印技術(shù)利用的是病人自身的細(xì)胞打造心臟,因此并不會產(chǎn)生排斥反應(yīng)。Stuart K Williams博士相信如果一切進展順利,打印心臟的臨床實驗有望在十年內(nèi)進行。而進行這一實驗的首批病人很有可能是那些心臟有缺陷但不適應(yīng)移植人造心臟的人群,如由于胸腔過小不能移植人工心臟的兒童。
 
     3D打印能夠幫助醫(yī)療技術(shù)設(shè)計師更好地設(shè)想身體部位,從而有助于設(shè)計相關(guān)的設(shè)備。3D打印技術(shù)能夠定制逼真的模型,與傳統(tǒng)的吹制玻璃方式相比更加精準(zhǔn)。如比利時的Materialise公司提供的HeartPrint(心臟打?。┓?wù),為特定病人量身定制的心血管解剖圖提供3D打印服務(wù)。與此同時,羅徹斯特大學(xué)的研究人員使用3D打印制造了動脈瘤的模型。根據(jù)病人的CT數(shù)據(jù),我們首先使用MaterialiseNV的Mimics以及3-matic軟件創(chuàng)建出一個動脈瘤患者專用的3D模型,” 羅切斯特大學(xué)手術(shù)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Ankur Chandra說到。“下一步,我們使用模擬動脈壁性能的生物精確材料進行打印,然后把模型裝在一個血流動力學(xué)模擬器上,使其承受嚴(yán)格控制的血流動力學(xué)參數(shù),如腔內(nèi)壓力、血流量和心輸出。”
 
      使用3D打印能定制各種植入物。例如,Oxford Performance Materials可直接利用CT掃描或者MRI文件進行3D打印醫(yī)用植入體。這些植入體的材料來自于這家公司自己的OXPEKK-IG聚合物。這項工序可用于制造頭顱、手、腳以及上身肢體中非承重區(qū)域的植入體。Oxford Performance Materials通過FDA認(rèn)證的產(chǎn)品Osteofab更是能夠生成模擬骨頭生長的植入體,比傳統(tǒng)植入體更適合患者。
 
     在過去,外骨骼以及假肢所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何讓不同的病人都感到合適與舒適。利用3D打印,能夠更容易為不同病人定制外骨骼與假肢。
 
 
 
      例如Ekso Bionics公司,發(fā)布了他們有史以來第一套與3D系統(tǒng)共同合作創(chuàng)建的3D打印外骨骼機器人套裝。Amanda Boxtel女士在歐洲的一個活動上展示這款打印設(shè)備。Ekso Bionics 掃描了她的大腿、小腿、脊柱,構(gòu)建了模型,用3D打印技術(shù)制造了一副混合動力機械外骨骼。這款設(shè)備有背部支架、拐杖和仿生腿。伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員研制出一款由活體肌肉細(xì)胞驅(qū)動的行走機器人,它是由生物肌肉和機械部件構(gòu)成。這種微型肌肉驅(qū)動生物機器人是由電流脈沖控制的。伊利諾伊大學(xué)生物工程系拉希德-巴希爾(Rashid Bashir)是研究報告負(fù)責(zé)人,他說:“由肌肉細(xì)胞驅(qū)動的生物活動性是科學(xué)家期望建造任何生物機械裝置的基本要素,我們試著以某種方式將工程原理和生物學(xué)結(jié)合在一起,從而實現(xiàn)設(shè)計研制生物機械裝置和環(huán)境醫(yī)學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)。”
 
        而這一突破正是因為3D打印才能實現(xiàn)的。最新研制的微型生物機器人體長不足1厘米,是由柔韌3D打印水凝膠材料和活細(xì)胞制成。以上七項3D打印的突破對醫(yī)療行業(yè)有著革命性的影響,更是加強了3D打印發(fā)展對現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)的影響力。下期我們將討論3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域市場中的發(fā)展是如何影響著醫(yī)療行業(yè)的。

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