“打印”一場醫學革命

2013-12-31 00:00:00HelenWalters

OV海外文摘 2013年12期

在3D打印技術（即以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的技術）的眾多應用中，最有影響力的莫過于用來提高人類生活水準乃至延長人類壽命。隨著3D打印技術日新月異的進步，在將來某天，人類的軀體很可能也會被看作是一套由多種可替換部件組成的系統。

這不是科幻故事，遠沒有人們想象中那么遙遠。

3D打印技術的兩大用武之地已經作為醫學界的主要項目實現了創收：牙科領域的烤瓷牙制作、義齒安置和移植以及醫學修復零件的制造。

牙科與醫學修復

在烤瓷牙制作的過程中，將會有一個由病人自己的牙齒制作而成的數碼內置掃描儀，將相關數據上傳至電腦，并將其以電子郵件的方式發送至牙科實驗室，最終打印出一顆嶄新的烤瓷牙。這不失為一種快速獲得義齒的方式，價錢也合理。而且這種嶄新的醫療手段結束了傳統療法用鑷子和塑形模具醫治病人時所引起的病痛、口腔異味和發音不準等問題。

此外，3D打印技術在醫學修復的假肢生產與客制化方面也帶來了歷史性的變革。司各特·薩米特（Scott Summit）是一名工業設計師，同時也是“訂制創意”（Bespoke Innovations）公司的聯合創始人之一，據他說“長久以來，假肢的制作和生產方式都沒有什么大的創新：人們只不過拿起一塊泡沫，將其削成與人體所需部位大小近似的規格，然后刻制一個模子隨即便大量生產”。訂制創意是一家以3D打印技術為依托生產客制化修復部件的公司，所以“我們想要設計并生產一批獨一無二且更人性化的假肢——為那些或因先天不足或因后天災禍而四肢不全的苦難者帶來更好的服務”。

訂制創意公司還生產客制化的假肢遮蓋物，或者稱“裝飾物”，這種遮蓋物能夠完美地呈現出假肢佩戴者健全身體部分的對稱性和功能性。而且遮蓋物的設計還可以貼合佩戴者的時尚品位。

在斯坦福大學任教的薩米特說道：“我們正在把一些平淡無奇又壓抑人性的東西變成一種帥氣絕倫的現實存在。”

實際上3D打印技術的應用不僅只局限于假肢修復這么簡單。就在2013年2月，來自荷蘭的醫生和工程師便合作利用這一技術成功制作出一個下顎，并且這一下顎隨即被移植到了一名長期忍受骨感染病痛的83歲女性患者身上。3D打印機將事前加熱過的33層鈦粉糅合在一起，表面又附著了一層生物陶瓷材質的人工骨，打印出了這一人造器官。

上述3D打印技術的應用，不僅對病患而言是一種突破，對于醫生而言同樣是一次挑戰。3D打印技術正是通過幫助外科醫生更為有效地計劃和選擇手術方法，才得以極大改善了手術的效果。安東尼·J·阿塔拉醫生（Dr. Anthony J. Atala）是再生醫學維克森林研究所的所長，他說對于那些在車禍中骨盆碎裂的病患來說，傳統的治療方法就是通過X射線和CAT掃描來測定碎骨的位置，計劃手術，然后再實施手術。由于骨盆碎裂可能會危及性命，所以及時修復碎骨是治療的關鍵。

阿塔拉說：“如果能事先掃描病患的盆骨并利用三維手段重建碎骨，那么手術可以更早進行。因為外科醫生可以手持打印出來的骨盆，直接決定哪些是需要矯正的碎骨，并在手術真正開始之前做好相應準備。”

器官移植

3D打印技術在醫學界最具破壞性的一種應用可能莫過于“生物打印”了，這種技術專門為移植手術而打印人體器官。這項技術包括替代性機體組織和器官的再造，即一層層的將其建構出三維模型。由于具體的組成成分來源于器官接受者自身的基因，所以再造機體組織和器官便具有極好的適應性。想想看吧：皮膚組織、氣管、膀胱乃至心臟等更為精密復雜的氣管，都正在打印機里等著被打印出來，而決定著一切的，只不過是輕點了幾下的電腦鼠標。

由于這些打印出的器官或者機體組織都是來自病患本人身上的細胞，而非那些捐獻的器官，如心臟或肝臟等，所以免疫反應的問題便可忽略不計了，這也減少了病患對能使其虛弱的抗排斥藥物的依賴。

生物打印領域里的突破如同雨后春筍層出不窮。這就如同早些年代人們掀起的月球競賽一樣，生物打印的目標顯得是如此崇高，給人以希望。第一臺商用3D生物打印機已于2009年由一家名為“器官制造”（Organovo）的生物印制公司研發出來。

該公司總部位于圣地亞哥，與包括輝瑞在內的多家制藥公司都有合作伙伴關系，與哈佛大學醫學院和斯坦福再生醫學研究所等多家前沿機構更是聯系緊密。雖然該公司目前把各大醫院定位為潛在客戶，但在其3D NovoGen MMX生物打印機面世后，進行疾病研究的學術機構和實施醫藥測試的醫藥公司目前已經構成其一級市場。

今天，NovoGen打印機可以輕松打印出皮膚組織、心肌和血管等多種機體組織。此外，在未來60年里，該公司還致力于打印出完整的器官，如心臟、肝臟等。

另外一種3D打印機在維克森林被試驗出來。2003年，阿塔拉醫生和他的團隊一起在《自然》雜志的生物科技欄目里發表了文章，指出微型腎臟亦可被訂制出來，而且經過測試表明這種腎臟功能正常：不僅可以過濾血液還可以產生并稀釋尿液。在這些微型腎臟的基礎之上，維克森林如今正在用3D打印技術研制一款更為復雜精密的版本。其目的就在于成功制造出體積更大的、功能良好的腎臟和其他諸如心臟、肝臟等完整器官，以及子宮之類的生殖器官。

阿塔拉醫生說“3D打印技術在醫學領域的諸多應用都大有前途，在耳朵、肌肉乃至人體內軟骨的應用都將迎來新的希望”。

生物打印產業

不管是器官制造這樣的上市公司，還是維克森林、斯坦福或哈佛，他們的研究員眼下都在積極搜集數據，以證實3D生物打印技術的發展潛力。一旦數據充足，臨床醫學實驗便會緊鑼密鼓地展開。因此，在將來，美國食品和藥品管理局很可能會考慮是否對這項“治療技術”亮綠燈。

如果此事成真，那么，一旦藥監局點頭，相關行業便會大量生產各種人體器官，包括平面的、管狀的、中空的，還有整體。與假肢不同的是，一個腎臟并不僅僅只是原先器官的復制品。相反，它必須既在大小上百分百適合病患的身體，還能夠與病患自身的細胞完美融合。因此，器官的客制化更多是看細胞構成本身，而非單純在于與原來器官的大小和形狀相匹配。因此，盡管每個病患的細胞構成都不一樣，但是與其說內臟的客制化是“一個蘿卜一個坑”，倒不如說這是種“多藥治百病”的構成。

阿塔拉醫生解釋說：“只要事前在電腦上設計好想要的器官，每次便可都按照固定的程序進行，而這必將大大減少開支。”

降低生產成本與嚴格臨床試驗意義同樣重大。器官制造公司董事長和執行總裁基思·墨菲（Keith Murphy）說，該企業的的研發成本“高達數十萬美元”。墨菲認為再生醫藥行業的融資目標將和人類基因組計劃得到的公共及私人投資相當。

對于墨菲的觀點，阿塔拉醫生表示贊同。他說：“研發是耗資巨大的，部分原因是由于想將一種具體的科學技術推向市場需要一定的時間。總體上來說，鑒于高昂的研發費用，我們所能取得的科學成就由資源決定。然而，毫無疑問，在未來60年里，人們一定會見證由自身細胞打印出的心臟面世。這不是很棒嗎？”

美國器官共享聯合網（UNOS）公布的數據表明，現有超過11萬3千人正在等候器官移植手術，但令人悲哀的是，有活性的捐贈器官數卻寥寥無幾。器官共享聯合網的發言人安妮·帕斯科（Anne Paschke）說：“在每年死亡的所有人中，只有1%至2%的人成為潛在的器官捐贈者。我們就正處于一種被動的尷尬境地之中：病患們苦苦等候，最終卻只能悲傷地死去。任何一種技術，包括3D打印技術在內，只要能夠解決器官捐獻緊缺的問題，都將拯救一大批人的生命。”