盘点：3D打印给医疗行业带来的那些新希望
2016-09-01 MedSci MedSci原创
从上世纪90年代开始到现在的30年里，3D打印从开始运用于汽车和航天等制造业，到近几年应用于医疗行业，打印出组织器官，并且协助完成手术，3D打印可谓改变了生产观念。在医疗行业，3D打印人造肝脏组织、3D打印人造耳、3D打印牙冠等出现在人们的视野里，3D打印为器官移植提供了多一种可能，给医疗行业带来了新的希望。本文中梅斯医学小编就3D打印的现状及进展做以整理，与大家分享交流。【1】世界首个3D打
从上世纪90年代开始到现在的30年里，3D打印从开始运用于汽车和航天等制造业，到近几年应用于医疗行业，打印出组织器官，并且协助完成手术，3D打印可谓改变了生产观念。在医疗行业，3D打印人造肝脏组织、3D打印人造耳、3D打印牙冠等出现在人们的视野里，3D打印为器官移植提供了多一种可能，给医疗行业带来了新的希望。
本文中梅斯医学小编就3D打印的现状及进展做以整理，与大家分享交流。
【1】世界首个3D打印人工脊椎植入成功
恶性肿瘤长在患者脊柱上，长达5节的脊椎必须切除，切除后还要放入人工脊椎。北京大学第三医院日前公布，世界首个金属3D打印定制19厘米人造脊椎植入顺利完成。这也标志着中国3D打印技术正式开启人工椎体时代。
今年5月，国家食品药品监督管理总局批准注册了我国首个金属3D打印人体植入物——人工椎体。这种产品属于直接植入人体的三类骨科植入物，为我国监管等级最高的医疗器械，牵头研发的机构正是北医三院骨科团队。2015年，该团队曾研制出3D打印人工髋关节产品。目前，我国经批准注册的3D打印人体植入物产品仅此两个。
作为3D打印人工椎体研究团队的负责人，刘忠军综合研究了袁先生的病情后，决定为他植入人工椎体。“我们利用金属3D打印技术，依照患者的解剖结构，制造出与他5节脊椎形态与长度相仿的人工椎体。”刘忠军介绍，人工椎体的特殊之处在于能被制成海绵状的微孔结构，类似人体骨头中的骨小梁。有了这种“骨小梁”，相邻正常脊椎的骨细胞可以长入其中，最终实现骨融合。（文章详见--世界首个3D打印人工脊椎植入成功）
【2】印度医生首次将3D打印技术用于舌癌手术
近日，一群来自印度班加罗尔全球医疗保健癌症中心（HealthCare Global Cancer Centre）的外科医生首次使用3D打印模型来准备舌癌手术，这使得印度成为世界上第一个将3D打印技术用于舌癌治疗的国家。
为了建立舌头和肿瘤的3D模型，Anatomiz3D LLP使用了Materialise的Mimics软件，该软件允许他们编辑来自CT扫描和MRI扫描的DICOM数据，因此建成的3D模型能用多种材料和颜色来打印。他们根据Ravi先生的MRI扫描来建立模型，该模型被分成健康的部分和癌变的部分，两部分的打印颜色不同，打印比例为1：1，打印材料为多种柔性材料。据Anatomiz3D LLP说，最终的模型十分完美，能帮助外科医生了解肿瘤的深度、位置和大小。（文章详见--印度医生首次将3D打印技术用于舌癌手术）
【3】大学生用3D打印开发低成本耳镜预防听力损伤
来自德克萨斯A&M大学的一群学生借助3D打印技术开发出一种低成本LED耳镜，这种耳镜被插到智能手机上后，会对耳朵内部进行拍照。据悉，这群学生都是Engineering World Health（EWL）在德克萨斯A&M大学分部的成员，目前学生们已经带着他们的设计参加了EWL举办的设计竞赛，他们希望该设计能够变成一个套件，方便世界各地生产。
据天工社了解，他们的耳镜是用3D打印机、标准的透镜和简单的主板来创建的。3D打印的支架可以经过调整安装在任何智能手机上。除了智能手机，这个3D打印耳镜的总成本是6.42美元，而医生们在医院里使用的普通耳镜价格往往高达数百美元。（文章详见--大学生用3D打印开发低成本耳镜预防听力损伤）
【4】利用干细胞定制具有抗炎作用的3D打印软骨
为了不用手术就可以治疗磨损发炎的髋关节，科学家们在类似髋关节股骨头的3D支架上诱导干细胞进行编程生长为新的软骨，同时结合基因治疗还可以激活新软骨释放抗炎分子防止关节炎复发。该工作由华盛顿大学医学院的研究人员完成，发表在国际学术期刊PNAS上。
这项技术使用了一种3D可生物降解的合成支架，这种支架可以根据病人关节的准确形状进行定制，再利用病人皮肤下脂肪组织中的干细胞诱导形成软骨，将其覆盖在3D支架上从而获得新的关节软骨。随后将新软骨植入发炎髋关节表面，用活组织重新覆盖髋关节，从而消除关节炎疼痛，延缓甚至消除一些病人对关节替换手术的需要。（文章详见--利用干细胞定制具有抗炎作用的3D打印软骨）
【5】3D打印“克隆”颅内肿瘤 高难手术不再凭空想象
哑铃状的肿瘤一半在颅内，一半长到颈部，位于颈静脉孔区的肿瘤解剖位置深，周围密布大血管和神经，是神经外科领域中最复杂的高难度手术之一。中南大学湘雅医院神经外科副主任刘庆教授团队成功运用3D打印技术辅助，为一名53岁的女性患者精准微创切除了这一复杂区域的肿瘤，不日即将出院。（文章详见--3D打印“克隆”颅内肿瘤 高难手术不再凭空想象）
【6】3D打印技术用于治疗肿瘤，精准进行碘粒子植入
东南大学附属中大医院介入与血管外科郭金和教授团队，在为肿瘤患者施行碘粒子介入治疗时，首次用上了3D打印模板技术，2位接受这一新型组合技术治疗的患者，不仅手术时间明显缩短、痛苦减少，而且治疗的精准度显著提高。（文章详见--3D打印技术用于治疗肿瘤，精准进行碘粒子植入）
【7】吉大二院骨科医院完成世界首例3D打印全肩关节置换术
3月3日，吉大二院骨科医院院长王金成教授带领医疗组，应用3D打印技术，为50岁男性患者李某，成功实施了全肩关节置换手术。这也是吉大二院骨科医院完成的世界首例3D打印全肩关节置换手术。
吉大二院骨科医院王金成教授带领医疗组，以患者健康一侧的肩关节为模板，根据患者生理结构实际，通过电脑模拟，利用3D技术设计出反向的患侧肩关节。再应用3D打印技术，打印出反向肩关节，具有正常的肱骨近段形态，同时表面为网格结构，更有助于软组织长入，帮助维持肩关节稳定性，恢复肩关节功能，提高生活质量。（文章详见--吉大二院骨科医院完成世界首例3D打印全肩关节置换术）
【8】生产3D纳米DNA颗粒的新方法
Science上5月26日在线发表的一篇文章报道了科学家开发出一种能利用DNA链常规构建3D纳米颗粒的新办法，这可以运用在疫苗、基因改造工具和记忆存储中。
研究者可以利用DNA链来构建几乎各种形式和类型的纳米结构。然而这些粒子是通过一个很费力的过程，由手工设计。这个有限制性的方法被称为DNA origami，该方法由于需要对任何给予的靶结构进行特殊的Watson-Crick碱基配对的正向设计而受到限制，所以只有很少一部分专家在这个主题下研究。
由于不喜欢传统的DNA origami，其主要构建过程是通过手工。MIT的教授Mark Bathe领导了一项研究，由一个简单的、对最终形态的粒子进行三维几何图示开始，来决定如何装配DNA。
这是一个通用的，自上而下的策略，可以自主地基于目标形态设计几乎任意的DNA架构。对象表现为一个封闭的表面来呈现并行DNA双链的多面体网络，这能让完整的DNA支架结构按树生成的算法排列。（文章详见--生产3D纳米DNA颗粒的新方法）
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