3D列印在醫療：可能我們以後再也不需要活體器官了
03-20
還記得《十二生肖》嗎？成龍大爺戴著手套摸了一把鼠首，就完成了對其數據的掃描。然後通過計算機建模，分分鐘就完成了一個複製品。
如果說在電影上映的2012年，這項3D列印的情節對現實來說還有相當的科幻成分的話，那到了今天，它早已不再是什麼新鮮事了。簡單的3D列印早已成為了孩子們的玩具。
而在產業層面，3D列印的應用範圍則更廣，汽車、軍艦甚至是房子都可以列印出來。再比如我們上次介紹過的，用3D列印肉製品。
作為最能緊跟前沿技術的行業，醫療自然也不會放過這個風口。到今天，醫療行業已經初步形成了從醫療器械、器官到手術等全方位的3D系列產品和應用。那麼其應用現狀面貌究竟如何，又有哪些問題尚待解決？炒得這麼火，3D列印都能幹啥？如果要問3D列印在醫療行業應用最廣的是什麼，那自然要數肢體和器官列印。在人的身體上，可替換度最高的自然當屬肢體、牙齒等。這些部位的主要功用輔助人的行動和生活，功能單一，所以結構也相對簡單。並且，四肢的殘缺理論上來說幾乎不會對人的壽命造成明顯的影響。因此，義肢、假牙很普遍，而3D列印技術一旦出現，其自然也被迅速應用到這個領域中來。目前在生活中，3D列印義肢技術已經非常成熟，並得到了廣泛應用。英格蘭一位女童裝上了3D手掌，一位農民工則裝上了一塊頭蓋骨，甚至澳大利亞公司CSIRO可以為病人量身定做鈦制的胸骨和肋骨，從而為其打造一個3D胸腔。
而最近的一項研究也讓我們看到了AI和3D列印結合的可能性。加州大學伯克利分校和舒利韋爾牙科實驗室的一組研究人員建立了一個通用對抗網路( GAN )，自動生成新的牙冠設計。它根據缺失牙齒的掃描來預測新牙冠的形狀。首先，掃描下頜缺失牙齒的一側以產生2D圖像。接下來，也掃描鉗口的相對側。GAN了解缺失牙齒所在間隙的距離，並在3D中使用新的牙冠設計填充該間隙。
由此可以預料的是，利用GAN建模的精準性，未來的3D列印也將會更加符合人的生理特徵和功能指向。比如可以更好地解決接受腔的問題，從而令假肢的安裝更加舒適。如果說列印肢體、牙齒等是easy級的話，那麼，3D列印器官可能就是hard級。而相關的研究也正在有條不紊地展開。3D列印器官之所以存在困難，是因為其內部有大量的血管，並且各個器官的組織構成也不一樣。比如大腦主要由大量的神經組織構成，要實現對神經組織的列印和培養目前還是存在較大的技術困難的。不過可喜的是，目前已經有3D肝臟被列印出來，並且成功存活。美國生物科技公司Organovo就曾經利用細胞3D列印技術，在細胞培養基座中列印出肝臟所需的細胞組織。經過在器皿中的培養，就可以生長為正常形狀的肝臟並移植到人體。只不過，這個肝臟的細胞在經過列印後會失去活性，變成死細胞。
除了肝臟之外，腎臟、胰臟等器官也在研究當中。研究者們普遍認為，要實現真正功能健全、可移植的3D列印器官，至少還需要10年的時間。對於人體器官移植髮展來講，10年的時間不算長，但也不短。一旦這項技術變為現實，其帶來的改變將是革命性的：亟待手術的人們將不必因為等不到活體器官而絕望地死去，器官也將成為可以批量生產的商品。對解決活體器官短缺、延長人類壽命，甚至是產生新的器官供應產業鏈，都將帶來積極的影響。手術可以重來：從「一次性」到「重複性」
3D列印另一項在醫療領域擁有絕對優勢的應用則是輔助手術。
手術是一項風險性很高的工作，尤其是對內臟等人體內部器官組織的手術處理。千百年來，醫生們孜孜不倦地追求著如何提高手術成功率、改善患者的生命質量。最初在沒有任何可視的醫療設備的時候，醫生們判斷某一部位有問題的話，只能先打開身體，然後探索著尋找病變的位置，再實施手術。這個過程中醫生則主要依靠自身累計的經驗來進行精準定位。但人體是各異的，在後來儀器、電子設備的加持下，醫生們在做手術之前通過技術手段就可以確定病灶，手術的精確性又相比經驗手段大大提高。
無論是最初的「單刀直入」還是可視化的設備加持，手術有一個明顯的特徵：一次性。而3D列印技術的出現，手術操作開始具備了另一個特徵：重複性。芝加哥西北社區醫療的外科醫生最近就為一位腦瘤患者做了手術，利的正是3D技術。一般來說，大腦的細節是無法用肉眼來看到的，這為腦瘤的摘除增添了許多風險。而通過對大腦的掃描，確定腫瘤位置之後，醫生們建立了一個3D的大腦病患模型。那麼，通過這個模型醫生們可以看到除了腫瘤之外的大腦的其他區域，對整個手術的區域了如指掌。最重要的是，通過腦部模型的構建，他們可以在真正的手術之前展開多次模擬訓練，以應對任何可能出現的突發情況，同時避免觸碰到可能會被意外傷害的腦部健康區域。我國在3D列印應用在手術方面也取得了技術的突破。上個月，南京醫科大學二附院心血管中心就利用3D列印心臟的技術，複製了一位心臟病患者的心臟，從而發現了其心臟中複雜的血管構造，並通過模擬不同的手術手段，最終制定出了最佳的手術方案，並順利進行。
那麼，當手術從「一錘定音」變成了可反覆試驗的醫療手段，無疑將大大提高手術成功率，降低風險。而在另一方面，通過對手術過程的重複性模擬，也會增加醫生們的操作熟練度，手術的時間會被大大縮短，患者也將避免遭受更長時間的手術痛苦。
越過山丘，還需要迎風而行除此之外，3D列印技術甚至還會用到製藥行業中去，實現患者按需列印藥物的可能；製作康復器械如矯正鞋墊、助聽器；列印植入物如骨骼等。可以說3D列印技術正在全方位地影響著醫療行業的走向。但是3D醫療也並非完美無缺，目前其推廣仍然面臨的幾個問題。1. 材料問題。在以往的手術案例中往往會出現體內植入物出現問題而讓患者遭受二次痛苦的情況，或是植入物有問題，或是植入物對人體造成了傷害。那麼，3D列印技術作為一種新興技術，其也必然要考慮到這個問題。如果只是方便列印，那對它來說價值可能有點小。其如果能探索出更適合人體的材料，也將成為影響技術命運的重要一環。2. 商業化推廣問題。一項技術如果只是花瓶，那它的命運必然是長久不了的。那麼，對3D列印來說，其目前仍然存在於一些資金實力較強的醫院裡。市面上普通的3D列印設備動輒幾十萬，醫院這種對精度要求較高的領域設備成本則更高。比如醫療對3D列印的精度的要求，日本一家廠商列印的3D肝臟上面的血管都清晰可見，達到這樣精度的設備，一般醫院難以承受。所以，加強技術的研發，降低設備成本，才可能是其快速下沉推廣的關鍵因素。
3. 列印器官的動能性問題。目前來說，雖然通過細胞的疊加已經可造出了短暫存活的肝臟，但能夠造出並不代表著其就擁有了肝臟運轉的功能。事實上，器皿這樣的環境與人體是無法相比的，因此藥理測試會存在差異性。另外，如何製造運輸氧氣和營養的血管仍然是一個問題。這個問題不解決，細胞就無法長期存活。此外，這種3D列印器官在未來也要面對人體排異的問題。與目前的活體器官相比，其是會更好地適應身體，還是不被接受？這些我們都不得而知。
而一旦涉及到器官，就會有人談論倫理問題。不過既然是為了更好地保存生命，這個問題的爭議應該不會特別激烈。
3D列印對醫療行業來說仍然算得上是一個新生事物。我們發現，每當有一項新技術產生，醫療行業總是迫不及待地想要去嘗試。這一方面反映了醫療問題的多樣性和複雜性，另一方面也體現了人類對生命的尊重和敬畏。而這份對生命的尊重，也會成為醫療從業者們用技術去越過山丘的不竭動力。推薦閱讀：