生物3D打印的技術難點及市場發(fā)展趨勢

生物3D打印技術是一種平臺性的關鍵共性技術，最終目標是實現(xiàn)整合醫(yī)學、工程學、電子學、生物學來“打印”出一個跟人的器官或者組織完全一模一樣的替代品，用于組織修復、器官移植。比如皮膚移植用來治療燒傷；肝移植、腎臟移植用來治療肝癌、腎功能衰竭等等。該項技術無論對制藥企業(yè)新藥創(chuàng)制、醫(yī)療器械企業(yè)個性化醫(yī)療器械的開發(fā)生產(chǎn)，以及醫(yī)院醫(yī)療新技術的研發(fā)轉(zhuǎn)化都具有重要的應用價值。

但隨著生物3D打印技術在生物醫(yī)療領域的應用拓展，打印通量低、制備標準化、專業(yè)化等問題已成為制約該技術應用的關鍵。生物3D打印除了利用傳統(tǒng)3D打印的核心技術以外，所有制造過程必須符合生物學的標準，要能保證細胞活性、組織功能，還要符合醫(yī)學標準。這就需要大量的實驗來獲得針對每種器官相應的生物材料、細胞和生長因子的各種最佳組合。此外，還需要對3D打印產(chǎn)生的器官進行功能測試。

因此，生物3D打印的技術層面遠遠超過簡單的用3D打印來制造模型�？偨Y來講，成功的生物3D打印必須克服以下幾個具體的技術難題：

1、細胞技術
選擇什么類型的細胞，對于3D生物打印相關的生物組織或者器官是至關重要的。人體的不同組織都是由特有的細胞組合而成，肝臟主要有肝細胞，心臟主要有心肌細胞，皮膚主要有各種上皮細胞等。但是不是所有組織特有的細胞都可以在體外分離進行培養(yǎng)，而且不是所有細胞都能在經(jīng)歷了生物3D打印的環(huán)境之后還能夠保持自身的生物活性。所以如何優(yōu)化細胞分離、培養(yǎng)、增殖技術是保證生物3D打印成功的前提條件。

2、生物材料
人體不同的組織器官有其特有的物理學特性、力學特性等，例如皮膚的柔軟、骨組織的堅硬等，致使在對不同組織進行生物3D打印的過程中，需要選擇與組織特性相對應的生物材料，并且這些材料需要最大程度的保持所選擇細胞的生物活性和功能。更重要的一點是，所選擇的材料必須通過3D打印系統(tǒng)進行操作。這就使生物材料的選擇非常具有挑戰(zhàn)性，而且需要在打印過程中不斷地優(yōu)化和改進。

3、制造平臺
目前應用于生物3D打印的平臺主要有Laser-based（鐳射）、Inkjet-based（噴繪）和 Extrusion-based（擠制）這三種主要的平臺。這三種平臺各有各的優(yōu)缺點和不同的特殊功能，對硬件技術的需求也各不相同。如何根據(jù)需要制造的不同組織器官，合理地選擇平臺也是生物3D打印能否成功的關鍵。這三種平臺已經(jīng)廣泛應用于傳統(tǒng)3D打印或3D制造系統(tǒng)，所以最關鍵的一點是如何將其與生物制造的體系融合，使之發(fā)揮最大功效的同時，保持細胞的生物活性和生物材料的物理特性，并且使產(chǎn)品滿足醫(yī)學應用的標準。

目前，國內(nèi)外生物3D打印的醫(yī)療器械主要集中在如金屬髖關節(jié)、PEEK顱內(nèi)骨修補等不可降解的三維打印器械，以及羥基磷灰石等骨科修復材料，國內(nèi)與國外的差距不大�？山到饨M織修復器械是生物3D打印技術下一階段的開發(fā)熱點，也將帶來更為巨大的市場。

3D打印技術是我國“十三五”計劃重點支持、重點發(fā)展的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，并被列入“十三五”國家重點研發(fā)計劃支持的重大專項之一。衛(wèi)計委、工信部和國家食品藥品監(jiān)督總局等單位，出臺了一系列產(chǎn)業(yè)支持政策，并明確指出“3D打印技術在醫(yī)用方面的前景大、市場廣，工信部將加大扶持和協(xié)調(diào)力度”，“3D打印醫(yī)療器械對促進醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，推進國家的發(fā)展具有重要意義，國家食品藥品監(jiān)督總局已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變相應的制度和審批程序，使3D打印技術得到合理高效的發(fā)展”。

12月13日，工信部等十二部委發(fā)布關于印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》的通知，預期行動計劃將在政策扶持等方面給予產(chǎn)業(yè)一定的支持，生物3D打印產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為目前最被看好的市場領域。面向醫(yī)療應用的生物3D打印技術在未來很長一段時間內(nèi)產(chǎn)業(yè)導向很明確，政府將大力支持發(fā)展3D打印技術。

2016年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達80億元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模實現(xiàn)較快增長。據(jù)預測，在2015年-2020年期間，全球生物3D打印市場銷售年均復合增長率將維持22%左右，到2020年，全球市場 規(guī)模將突破23億美元。

來源： 火石創(chuàng)造
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