3D打印“人體” 是福還是禍

像我們中國人做蔥油餅，攤一層面粉，撒一些蔥，再加一層面粉，撒一點(diǎn)芝麻。也就是說，今后，3D打印機(jī)，能在噴出材料制作人體器官的同時(shí)，涂上細(xì)胞和生長因子，形成“三合一”產(chǎn)品，從而構(gòu)建出皮膚、血管、骨、軟骨等組織。

　　晚報(bào)記者賀天寶實(shí)習(xí)生吳瑞蓮 晚報(bào)制圖鄔思蓓 攝影 何雯亞

　　戴尅戎

　　主任醫(yī)師，中國工程院院士，骨科學(xué)和骨科生物力學(xué)專家

　　上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院終身教授，博士生導(dǎo)師，上海市關(guān)節(jié)外科臨床醫(yī)學(xué)中心主任，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院骨與關(guān)節(jié)研究所主任，教育部數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化工程研究中心主任，上海交通大學(xué)康復(fù)工程研究所所長。

　　在國際上首先將形狀記憶合金用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，被授予形狀記憶合金醫(yī)學(xué)應(yīng)用奠基人金杯。在國際上首先研發(fā)骨粒骨水泥，用于人工關(guān)節(jié)固定和腫瘤切除后的骨缺損修復(fù)。與原上海交大機(jī)械學(xué)院合作在國內(nèi)最早將CAD/CAM、快速原型技術(shù)等用于定制型人工關(guān)節(jié)，創(chuàng)造性提出優(yōu)先區(qū)定制概念。近年來又開展了干細(xì)胞移植和基因治療促進(jìn)骨軟骨再生的系列研究。

　　擅長：各種骨科疑難、復(fù)雜疾病，特別是關(guān)節(jié)疾病與損傷、人工關(guān)節(jié)、骨缺損與骨不連的治療、骨質(zhì)疏松癥、人工關(guān)節(jié)置換或內(nèi)固定術(shù)后失敗病例的補(bǔ)救治療等。

　　我和名醫(yī)有個(gè)“約會(huì)”

　　1+0的故事，讓更多人懂得只有健康，才有一切。 21世紀(jì)人類健康，不應(yīng)只有預(yù)防疾病，包括飲食、生活習(xí)慣，甚至基因、遺傳的研究，還應(yīng)有心理安寧和你我的共同努力。

　　《上海名醫(yī)》因此念而誕生，這里將展示健康生活的長廊畫卷，和帶領(lǐng)我們健康前行的名醫(yī)名家。我們嘗試引領(lǐng)健康的潮流，希望這些努力會(huì)讓你的生活更加美好！

　　感謝讀者的參與和支持，對(duì)于在微博上參與轉(zhuǎn)發(fā)并評(píng)論每期“名醫(yī)堂”的本刊粉絲或就相關(guān)疾病來信咨詢，分享就醫(yī)經(jīng)歷的熱心讀者，我們將從中抽取三位，于近期同本刊名醫(yī)進(jìn)行“約會(huì)”！這可是千載難逢的免費(fèi)“專家會(huì)診”好機(jī)會(huì)��！你，趕快行動(dòng)吧！

　　記者：3D打印這一話題為何能夠引起廣泛關(guān)注？

　　戴尅戎：說起3D打印，就不得不先提到第三次工業(yè)革命，因?yàn)?D打印是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志之一。比起前兩次工業(yè)革命，第三次工業(yè)革命有一個(gè)比較大的區(qū)別是源頭為多元性的，涉及的領(lǐng)域也是多元性的。第一次工業(yè)革命，主要從英國開始，其標(biāo)志是紡織工業(yè)的形成；第二次是從美國開始，其標(biāo)志是福特汽車制造流水線的形成，開創(chuàng)了規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)代。而第三次工業(yè)革命是多源性的，起于全球多個(gè)國家和地區(qū)，其終端也是多元的，涉及許多領(lǐng)域。而且這也是我國有史以來第一次有機(jī)會(huì)參與新一次工業(yè)革命的興起，這也是引起國內(nèi)廣泛關(guān)注的原因之一。另外，第三次工業(yè)革命對(duì)醫(yī)學(xué)進(jìn)步的促進(jìn)似乎更加直接、迅速、有效，其中又以發(fā)展到極致的3D打印技術(shù)最為搶眼。僅此一項(xiàng)，就將對(duì)醫(yī)療技術(shù)與設(shè)備發(fā)生深遠(yuǎn)的影響，這項(xiàng)技術(shù)滿足了廣大病人、醫(yī)生夢寐以求的個(gè)性化治療的需要，自然也吸引了大眾關(guān)注的目光。

　　記者：過去，在進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換時(shí)會(huì)遇到哪些困難？

　　戴尅戎：目前，全世界每年有幾百萬患者需要進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換。國內(nèi)使用的假體半數(shù)以上來自歐美國家，它們的設(shè)計(jì)完全按照西方人身材標(biāo)準(zhǔn)，和國人差別較大。國內(nèi)外的每種假體的型號(hào)十分有限，全世界每年要為上百萬不同年齡、不同性別、不同種族、不同體型的病人置換不同破壞程度的關(guān)節(jié)，所用的人工關(guān)節(jié)卻只有5～10個(gè)規(guī)格，實(shí)在很難做到按照病人的骨骼特點(diǎn) “量體裁衣”。所以過去我們只能對(duì)骨骼進(jìn)行“削足適履”來獲得較好的匹配程度，但即便如此，仍有部分嚴(yán)重畸形的病人無法選擇合適的假體。

　　此外，要修復(fù)顏面畸形，做到左右對(duì)稱，就更困難了。其實(shí)和臉一樣，骨盆也十分講究對(duì)稱性。位于骨盆兩側(cè)的髖關(guān)節(jié)一旦左右不對(duì)稱，就很可能站沒有站相，走沒有走相，甚至發(fā)生脫位。而在開刀的時(shí)候，病人是側(cè)著睡的，醫(yī)生根本無法看到或摸到病人另一側(cè)完好的關(guān)節(jié)，無法精準(zhǔn)測算假體位置，所以常常出現(xiàn)誤差。

　　記者：應(yīng)用了3D打印技術(shù)，是否能解決以往這些問題呢？

　　戴尅戎：是的。如今3D打印技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了精確個(gè)性化定制假體。3D打印機(jī)可以依照給患者拍攝的CT片，逐層打印出立體結(jié)構(gòu)或器官模型。而借助模型做出來的人工假體，與殘留骨胳銜接良好，并與現(xiàn)有骨胳關(guān)節(jié)完全一致。而且，再嚴(yán)重的畸形或破壞也不必?fù)?dān)心沒有適合的人工假體了。

　　另一方面，3D打印的骨盆原型還為醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)提供良好幫助。仍然以骨盆腫瘤手術(shù)為例，這是骨科領(lǐng)域難度很高的一項(xiàng)手術(shù)，要求腫瘤切除干凈，骨盆切割線的位置要求十分精確。過去，醫(yī)生設(shè)計(jì)手術(shù)只能 “憑空想象”，有了3D打印機(jī)，現(xiàn)在術(shù)前就能打印出一個(gè)與患者的骨盆一模一樣的模型，醫(yī)生可以在模型上模擬切除，事先設(shè)計(jì)手術(shù)和假體，并在體外反復(fù)嘗試安裝與修正，進(jìn)行手術(shù)模擬。而為了確保手術(shù)時(shí)精確切割病變骨盆，工程師還可利用3D打印模型制作專用手術(shù)導(dǎo)板，手術(shù)時(shí)，用骨鋸沿著導(dǎo)板的邊緣切割就能精確切除腫瘤，并使截骨處正好與假體貼合，做到左右對(duì)程，手術(shù)的難度因此明顯降低。

　　記者：既然現(xiàn)在骨頭也能打印，那么人體組織也能打印嗎？

　　戴尅戎：理論上可以。通過組織工程技術(shù)就可以構(gòu)造出人體組織，甚至器官。這需要三個(gè)要素——支架、細(xì)胞、生長因子。但以往這三個(gè)要素往往分別由三組不同的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究，研究出成果再相互搭配。也就是先做成支架，再種上細(xì)胞，再增添生長因子。在若干年前就已出現(xiàn)復(fù)合打印技術(shù)的構(gòu)思了。這有點(diǎn)像我們中國人做蔥油餅，攤一層面粉，撒一些蔥，再加一層面粉，撒一點(diǎn)芝麻。也就是說，有一種打印機(jī)，能在噴出材料制作支架的同時(shí)，涂上細(xì)胞和生長因子，形成“三合一”產(chǎn)品，從而構(gòu)建出皮膚、血管、骨、軟骨等組織。

　　目前，多數(shù)構(gòu)造出來的結(jié)構(gòu)或組織，雖然具備被替代組織的外形或擁有類似力學(xué)性能，但并不具備新陳代謝、骨胳造血、肝臟解毒，腎臟排尿等器官功能。去年美國一位再生醫(yī)學(xué)研究所所長在演講時(shí)，當(dāng)眾捧出了一個(gè)3D打印而成的腎臟！這個(gè)粉紅色的器官柔軟圓潤，甚至有點(diǎn)粘手……引起了轟動(dòng)，但實(shí)際上這離替代正常腎臟功能的要求，還有很大距離。

　　最近，美國的研究人員采用3D生物打印技術(shù)，成功打印出了人的耳廓。無論是外觀還是柔韌性都與正常人的耳廓十分相似。但決定人是否聽得見的內(nèi)耳還無法“打印”。

　　目前，全球等待器官移植的患者數(shù)量驚人。在中國，等待肝、腎、角膜移植的病人只有1%能得到供體。組織工程構(gòu)造是目前最有希望的解決途徑。

　　記者：3D的應(yīng)用前景為世人看好，但目前它還要面臨哪些瓶頸和挑戰(zhàn)呢？

　　戴尅戎：美國一項(xiàng)研究曾將其面臨的主要問題歸納為：材料的研制與組合，過程控制，建模與分析，設(shè)備的驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備與假體的模塊化構(gòu)造與組合，設(shè)計(jì)工具與軟件等等。其中，最難解決的就是材料問題。

　　3D打印的一切優(yōu)點(diǎn)都必須建立在可打印材料的選擇范圍足夠多的前提之上。最初，能夠用于3D打印的材料非常有限，是一些利于熔融的高分子材料。而金屬、陶瓷等需要 1000度以上高溫手段才能制成產(chǎn)品的打印設(shè)備近年也已經(jīng)問世，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有普及。我國不能僅限于買設(shè)備做產(chǎn)品，而應(yīng)自己創(chuàng)造、制造出各種普及型和高端3D打印設(shè)備，才能擺脫依賴，滿足需求。

　　3D打印帶來的變革不僅僅是正面的，還有負(fù)面的。這項(xiàng)技術(shù)在滿足人們各種個(gè)性化需求的同時(shí)，也會(huì)不可避免地帶來麻煩，比如可能出現(xiàn)令房門甚至手銬成為 “擺設(shè)”的打印鑰匙，而更危險(xiǎn)的是槍支、刀具等殺傷武器的“打印”。此外，3D打印所具備的萬能拷貝功能也可能會(huì)讓靠創(chuàng)意吃飯的人士倍感焦慮，創(chuàng)意“克隆”或許不再困難，也許相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)體系應(yīng)及早提上議事日程。

　　3D打印會(huì)把夢想變成現(xiàn)實(shí)嗎？會(huì)否改變3D打印時(shí)代的生態(tài)呢？這些提問充滿夢想，也許，3D打印魅力，就在于你確定它會(huì)引發(fā)顛覆，卻不知道具體是顛覆什么。