3D打印技术日渐成熟生物医疗应用前景广阔

2016年广东(中山)3D打印技术展览会12月12日在中山火炬国际会展中心举行。此次展会展示了国内外最先进的3D打印技术和耗材,产品包括打印设备、激光成型机、金属粉末材料及塑料粉末材料等领域,为行业搭建交流合作的专业平台,进一步加速我国3D打印技术的应用拓展。

数据显示,去年全球3D打印行业市场规模达到52亿美元,年复合增长率超过30%。机构预计,全球3D打印市场规模将呈现快速增长态势,到2018年市场规模将超过110亿美元。去年我国3D打印市场规模达到78亿元,年复合增长率接近70%,预计到2018年市场规模将超200亿元。虽然我国3D打印产业起步较晚,但拥有全球最大的3D打印潜在市场,未来我国3D打印市场增速有望高于全球水平。

近年来,3D打印技术应用从最初的科研发展逐渐延伸至医疗、工业、汽车和航空航天等领域。随着市场需求提升以及技术的不断创新,医疗领域中的生物3D打印应用优势将日益凸显。市场研究公司P&S Market Research认为,未来全球生物3D打印市场年复合增长率将达35.9%,药物测试、器官移植以及整容手术等对生物3D打印市场发展将起到明显的支撑作用。

生物3D打印技术是与医疗技术的深度结合,未来将逐步发展到成熟的人工组织器官体外制造技术。其中,3D打印人造器官是以活细胞为原料打印活体组织的一种技术,目前该技术已经在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域得到应用。研究表明,3D打印人造器官以自身成体干细胞经过体外诱导分化的活细胞为原料,在体外或体内直接打印活体器官组织,通过替换失去功能的器官或组织,一定程度上解决了移植供体不足等问题。

从全球来看,今年英国《自然·生物技术》报告显示,研究人员利用新开发的3D生物打印系统打印出了人造耳朵、骨头和肌肉组织。美国韦克福雷斯特大学再生医学学院的研究团队改进了现有3D生物打印技术,开发出了“组织和器官集成打印系统”(ITOP)。该系统可将含有活性人体或动物细胞的水基凝胶与可生物降解的聚合材料结合作为打印材料,有助于人造器官形成稳定结构,并能在人造器官中打印出许多类似血管的微小通道,通过这些通道获取氧气和营养物质,这是保证器官移植后存活的关键。

从国内来看,近几年生物3D打印技术在我国迅速发展。杭州电子科技大学徐铭恩教授团队研发的生物3D打印机,成功打印出人类肝脏单元、脂肪组织,其细胞存活率高达百分之九十。该团队打印的肝单元、脂肪和肿瘤等组织在体外药物筛选和临床前试验中表现出良好的应用前景。此外,清华大学研究团队利用心肌细胞和生物材料模拟打印了动物心脏,打印出的细胞能够有节奏地跳动。

(本报研究员 张山)