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，撒一點芝麻。也就是說，今后，3D打印機，能在噴出材料制作人體器官的同時，涂上細胞和生長因子，形成“三合一”產(chǎn)品，從而構建出皮膚、血管、骨、軟骨等組織。

　　晚報記者賀天寶實習生吳瑞蓮 晚報制圖鄔思蓓 攝影 何雯亞

　　戴尅戎

　　主任醫(yī)師，中國工程院院士，骨科學和骨科生物力學專家

　　上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院終身教授，博士生導師，上海市關節(jié)外科臨床醫(yī)學中心主任，上海交通大學醫(yī)學院骨與關節(jié)研究所主任，教育部數(shù)字醫(yī)學臨床轉化工程研究中心主任，上海交通大學康復工程研究所所長。

　　在國際上首先將形狀記憶合金用于醫(yī)學領域，被授予形狀記憶合金醫(yī)學應用奠基人金杯。在國際上首先研發(fā)骨粒骨水泥，用于人工關節(jié)固定和腫瘤切除后的骨缺損修復。與原上海交大機械學院合作在國內最早將CAD/CAM、快速原型技術等用于定制型人工關節(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胞移植和基因治療促進骨軟骨再生的系列研究。

　　擅長：各種骨科疑難、復雜疾病，特別是關節(jié)疾病與損傷、人工關節(jié)、骨缺損與骨不連的治療、骨質疏松癥、人工關節(jié)置換或內固定術后失敗病例的補救治療等。

　　我和名醫(yī)有個“約會”

　　1+0的故事，讓更多人懂得只有健康，才有一切。 21世紀人類健康，不應只有預防疾病，包括飲食、生活習慣，甚至基因、遺傳的研究，還應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，和帶領我們健康前行的名醫(yī)名家。我們嘗試引領健康的潮流，希望這些努力會讓你的生活更加美好！

　　感謝讀者的參與和支持，對于在微博上參與轉發(fā)并評論每期“名醫(yī)堂”的本刊粉絲或就相關疾病來信咨詢，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)進行“約會”！這可是千載難逢的免費“專家會診”好機會啊！你，趕快行動吧！

　　記者：3D打印這一話題為何能夠引起廣泛關注？

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

　　記者：過去，在進行人工關節(jié)置換時會遇到哪些困難？

　　戴尅戎：目前，全世界每年有幾百萬患者需要進行人工關節(jié)置換。國內使用的假體半數(shù)以上來自歐美國家，它們的設計完全按照西方人身材標準，和國人差別較大。國內外的每種假體的型號十分有限，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節(jié)，所用的人工關節(jié)卻只有5～10個規(guī)格，實在很難做到按照病人的骨骼特點 “量體裁衣”。所以過去我們只能對骨骼進行“削足適履”來獲得較好的匹配程度，但即便如此，仍有部分嚴重畸形的病人無法選擇合適的假體。

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

　　記者：應用了3D打印技術，是否能解決以往這些問題呢？

　　戴尅戎：是的。如今3D打印技術的應用，實現(xiàn)了精確個性化定制假體。3D打印機可以依照給患者拍攝的CT片，逐層打印出立體結構或器官模型。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)有骨胳關節(jié)完全一致。而且，再嚴重的畸形或破壞也不必擔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)生進行手術設計提供良好幫助。仍然以骨盆腫瘤手術為例，這是骨科領域難度很高的一項手術，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)生設計手術只能 “憑空想象”，有了3D打印機，現(xiàn)在術前就能打印出一個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，事先設計手術和假體，并在體外反復嘗試安裝與修正，進行手術模擬。而為了確保手術時精確切割病變骨盆，工程師還可利用3D打印模型制作專用手術導板，手術時，用骨鋸沿著導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，做到左右對程，手術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。通過組織工程技術就可以構造出人體組織，甚至器官。這需要三個要素——支架、細胞、生長因子。但以往這三個要素往往分別由三組不同的團隊進行研究，研究出成果再相互搭配。也就是先做成支架，再種上細胞，再增添生長因子。在若干年前就已出現(xiàn)復合打印技術的構思了。這有點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，撒一點芝麻。也就是說，有一種打印機，能在噴出材料制作支架的同時，涂上細胞和生長因子，形成“三合一”產(chǎn)品，從而構建出皮膚、血管、骨、軟骨等組織。

　　目前，多數(shù)構造出來的結構或組織，雖然具備被替代組織的外形或擁有類似力學性能，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)學研究所所長在演講時，當眾捧出了一個3D打印而成的腎臟！這個粉紅色的器官柔軟圓潤，甚至有點粘手……引起了轟動，但實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，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。組織工程構造是目前最有希望的解決途徑。

　　記者：3D的應用前景為世人看好，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，設備的驗證與標準，設備與假體的模塊化構造與組合，設計工具與軟件等等。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)品的打印設備近年也已經(jīng)問世，但遠遠沒有普及。我國不能僅限于買設備做產(chǎn)品，而應自己創(chuàng)造、制造出各種普及型和高端3D打印設備，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，還有負面的。這項技術在滿足人們各種個性化需求的同時，也會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”的打印鑰匙，而更危險的是槍支、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，也許相關知識產(chǎn)權的保護體系應及早提上議事日程。

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