3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究

黃辰雨

摘要：目前，3D打印技術(shù)已被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，因其能夠生產(chǎn)出傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品，所以備受生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的重視。本文主要討論3D打印技術(shù)的基本概念及其在口腔種植、給藥系統(tǒng)和治療規(guī)劃等方面的應(yīng)用，并預(yù)測(cè)了3D打印技術(shù)未來(lái)在生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中的作用以及主要發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：3D打印;生物醫(yī)學(xué);發(fā)展目標(biāo)

1生物3D打印基本概念

生物3D打印是以細(xì)胞、生長(zhǎng)因子、活性物質(zhì)為主要成分，在“增材制造”原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行多學(xué)科重構(gòu)專(zhuān)業(yè)生物“打印機(jī)”。是以對(duì)人體組織器官進(jìn)行模擬打印并且能夠?qū)嶋H應(yīng)用為目標(biāo)的再生醫(yī)學(xué)技術(shù)[1]。

2 3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 口腔種植領(lǐng)域

目前，種植牙技術(shù)已經(jīng)越發(fā)成熟并廣泛應(yīng)用于臨床，植入材料以純鈦以及鈦合金材料為主。鈦能夠較好抗腐蝕，但是彈性模量較高，導(dǎo)致應(yīng)力阻礙，從而使種植無(wú)法順利完成[2]?，F(xiàn)如今，實(shí)際應(yīng)用的種植體，全部是通過(guò)一體化模式進(jìn)行統(tǒng)一量產(chǎn)，大部分牙齒需要在三個(gè)月的時(shí)間分兩期種植，在此時(shí)間段，患者的骨量將會(huì)有部分損失。因此，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間等待的即刻種牙技術(shù)是未來(lái)研究重點(diǎn)。

2.2 藥物輸送系統(tǒng)

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，給藥系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)成為關(guān)鍵一環(huán)。優(yōu)秀的給藥系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定和持續(xù)的藥物作用釋放，并盡可能地延長(zhǎng)對(duì)靶細(xì)胞、組織以及器官的藥物作用時(shí)間，同時(shí)最大限度地降低副作用。把3D打印技術(shù)用于給藥系統(tǒng)，不但能夠依照需要制造三維藥物載體，而且也能夠直接把藥物加載到三維植入式支架中，從而實(shí)現(xiàn)抗炎以及促使組織再生的作用。

2.3 醫(yī)學(xué)診斷與術(shù)前治療計(jì)劃確定

3D打印技術(shù)能夠高效率且準(zhǔn)確地復(fù)制出復(fù)雜模型的特性，在醫(yī)學(xué)診斷，尤其是術(shù)前治療方案制定方面有重要作用。在外科領(lǐng)域，應(yīng)用3D打印技術(shù)，不但能夠直接準(zhǔn)確地反映缺損狀態(tài)以及植入物的形狀，有利于醫(yī)患溝通，還能有利于術(shù)前設(shè)計(jì)，有效增加手術(shù)的準(zhǔn)確性和成功率。

2.4 其他應(yīng)用

3D打印技術(shù)具有精度較高，利于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用在戰(zhàn)場(chǎng)上，對(duì)受傷人員的傷口進(jìn)行緊急修復(fù)和救治。這方面的應(yīng)用已經(jīng)得到美國(guó)國(guó)防部的認(rèn)可，并且投入資金對(duì)其支持。除此之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，利用生物材料按照規(guī)律模擬打印出動(dòng)物心臟后，其模擬心臟的細(xì)胞可以規(guī)律跳動(dòng)，說(shuō)明3D打印出的心臟能夠?qū)崿F(xiàn)部分功能。把羊水里的干細(xì)胞打印后，再添加一些骨分化因子，成功得到具有功能的骨組織，這種技術(shù)叫做羊水干細(xì)胞技術(shù)，極具有突破性。

3生物3D打印技術(shù)的發(fā)展方向

3D打印技術(shù)應(yīng)該歸屬于替代類(lèi)的技術(shù)，傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法完成時(shí)，可以用3D打印技術(shù)來(lái)替代完成。但也不是無(wú)論什么都能應(yīng)用3D打印技術(shù)，且為了能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品一定要有利潤(rùn)，如此才能有動(dòng)力持續(xù)發(fā)展。

4生物3D打印的產(chǎn)業(yè)化

即使實(shí)驗(yàn)成功了，也無(wú)法保證就能夠成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。產(chǎn)業(yè)化不僅僅是研究一定的成果，而是要把研究成果規(guī)?；a(chǎn)，這是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程。由于醫(yī)療類(lèi)的產(chǎn)品大多是要用于人體，因此一定要確保遵守國(guó)家相關(guān)規(guī)定，并且經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，能夠滿足和保證安全性以及有效性。產(chǎn)品要想流入正規(guī)醫(yī)療市場(chǎng)，必須要獲得上市注冊(cè)證書(shū)?，F(xiàn)如今主要的注冊(cè)證包括FDA，CE，CFDA三個(gè)組織的證書(shū)，此種注冊(cè)證非常重要，是產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。無(wú)細(xì)胞的能夠修復(fù)組織的3D打印技術(shù)從研究到進(jìn)入市場(chǎng)，至少需五六年時(shí)間。而具有活性細(xì)胞的打印產(chǎn)品到目前為止還無(wú)法上市，能上市的時(shí)間基本未知。即便如此，3D打印技術(shù)仍是重點(diǎn)研究方向。

目前，進(jìn)入市場(chǎng)的3D打印產(chǎn)品主要包括髖臼杯、顱骨以及打印面骨等，屬于不能降解類(lèi)。其中，應(yīng)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的腦膜組織與人體腦膜十分接近，臨床應(yīng)用上效果喜人。

5生物3D打印技術(shù)各階段研究目標(biāo)分析

生物3D技術(shù)主要是從納米、微米、厘米以及分米變化而來(lái)的。其中，納米和分米級(jí)別的打印技術(shù)現(xiàn)如今全部得到應(yīng)用，并獲得相應(yīng)成果。而厘米級(jí)的打印技術(shù)主要是應(yīng)用在血管以及組織類(lèi)，目前還沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)，各國(guó)研究者正在積極研發(fā)中。而分米級(jí)是利用3D打印技術(shù)來(lái)模擬心臟、肝腎等人體關(guān)鍵器官，這也將是未來(lái)努力研究的方向。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，3D打印技術(shù)能夠應(yīng)用在口腔種植、給藥系統(tǒng)、生物模擬打印以及組織修復(fù)等多個(gè)方面，是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，但是，現(xiàn)在還存在一些問(wèn)題，例如打印的穩(wěn)定性，材料相容性以及響應(yīng)性等。目前，各國(guó)已經(jīng)投入大量人力物力研究相關(guān)領(lǐng)域，相信在不久的將來(lái)，3D打印技術(shù)將會(huì)越發(fā)廣泛的應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為人類(lèi)健康做出更多貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]覃麗苗，繆季峰，韋燕枝，王朋朋.3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2021，39（11）：45-48.

[2]李洪軍.3D打印技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].臨床醫(yī)藥文獻(xiàn)電子雜志，2018，5（A4）：237.