3D Printing Industry的这篇综述回顾了最近一些3D生物打印和增材制造方法在医学中应用的实例。

最近，3D打印技术在手术计划中的应用又向前迈进了一步，在本文中我们将通过3D Systems公司的案例来看一看3D打印在手术计划中的应用。我们还将看到3D打印的骨骼如何起作用，以及软骨在再生医学研究中正在取得怎样的进展。最后，我们会将目光锁定在3D打印的血管组织，回到中国猕猴接受了3D打印静脉的有效植入这一话题上。

成功的手术计划

为患者个性化定制3D打印的解剖模型是3D打印中一种非常有价值的应用形式，不仅节省了宝贵的手术时间，还可以改善患者的预后。

Stratasys旗下的增材制造服务公司 Stratasys Direct Manufacturing已经创造出了3D打印的脑模型；加利福尼亚州的Spinal Elements公司正在制订脊柱外科手术指南；一些初创公司也已经快速进入到了不断增长的市场中，例如新加坡的Supercraft3D公司已经获得了投资公司100万美元的资金支持。

一种为病人个性化定制的3D打印手术脑模型（照片来源：Stratasys Direct Manufacturing）

2016年，3D打印使得27小时手术（27-hour surgery）这项卓越的手术成为可能。在3D Systems公司增材制造技术的帮助下，连体双胞胎Jadon和Anias McDonald成功地进行了27小时手术。

虽然尚未实现商业化，但3D打印在医学领域进一步发展的设想被认为与3D Systems公司的Figure 4 模块的应用类似。最近，3D Printing Industry的主编Michael Petch探访了3D Systems位于科罗拉多州的医疗技术工厂，在那里他与公司CEO和高级工作人员进行了交谈。

3D Systems公司的Figure 4模块（摄影：Michael Petch）

正如3D Systems的金属和医疗保健总经理Kevin P. McAlea在接受Michael Petch采访时说的那样，“如果将Figure 4与生物相容性材料结合，你就可以在本地建立一个手术计划单位，例如医院。我认为这是一个长期趋势。”

组织工程v2.0和生物3D打印的骨头

纽约费恩斯坦医学研究所教授Daniel A. Grand将再生医学称为“组织工程V2.0”。 Grant发表在Nature上的风湿病学综述解释了3D生物打印如何将矫形治疗提升到下一个等级，特别是通过软骨的制造。

为了修复骨折，国际上正在研究可进行3D打印的墨水。有些生物墨水是以蚕丝为材料的，而其他一些则结合了陶瓷。

西北大学3D打印的脊柱（照片来源：Shah et al）

位于伊利诺伊州的西北大学有着具有超弹性质的3D打印钙塑骨。这种骨骼在机械测试中表现出了良好的特性，同时有着很好的生物相容性。

最近的一篇学术论文《多孔负载生物陶瓷支架的三维打印》中描述了一种3D生物打印技术和烧结技术的组合。文中称研究人员成功利用3D打印技术制造出了一种生物陶瓷结构，它可以很好地与皮质骨的特性相匹配。

在马斯特里赫特的3D生物打印会议上，研究人员之一的Tobias Zehnder发表了主题为“用于骨组织再生的硬基质和软基质生物制品”的报告。将Zehnder在埃尔兰根-纽伦堡大学使用的方法与目前3D生物打印技术的整体情况做了比较，应该会很有趣。

3D打印的心脏

2016年底，中国国家高技术研究与发展计划（也称为863计划）成功地将3D打印的静脉组织植入活恒河猴体内。这是在临床前试验的第一步，试验的最终目标是希望能够在人体上获得成功。

猴子体内3D打印的血管搏动和血流情况的CT（图像来源：CCTV+）

马萨诸塞州东北大学和佐治亚理工学院的研究人员也开发了自己独特的3D打印血管的方法。生物科技公司Celprogen甚至发布的证据展示了一个微型3D打印的心脏可以在充满血液时跳动。

然而，事实是血管组织由多种类型的细胞组成，因此组织的重建只有通过材料和方法的组合才有可能实现。

在发表于Circulation Research2017上的一篇题为《从微型器件到3D打印：3D心血管组织的制造》的文章中，作者Anton V.Borovjagin、Brenda M.Ogle、Joel L.Berry和Jianyi Zhang表示，3D生物制造出一个完整的心脏可能是最合理的方法。作者还概述了合成贴片对于这种复杂器官是远远不足的，因此该方法将取代目前还在不断探索研究的模块化方法。

由于能够复制心脏对物质的反应，即使没有动物实验，哈佛的3D打印心脏芯片模块和其他芯片实验室技术研究的未来也是乐观的。2016年，当欧莱雅与Organovo签订合同，再次提供用于实验的生物材料时，针对类似目的的商业验证也随之出现。Organovo的CEO认为3D生物打印的市场价值在100亿美元。

心脏芯片的生物打印（来源：哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院）

剑桥大学的Yan Yan Shery Huang是马斯特里赫特生物3D打印会议的另一位演讲者。她的研究小组“Biointerface”涉及器官芯片技术和电控的3D生物打印，其研究是剑桥大学英国癌症研究中心的一部分。3D生物制品和芯片实验室技术将如何影像患者的健康还有待进一步的解答。