生物醫療產業的發展一直是當下人們熱切關注的話題之一，隨著“大健康”時代的到來，生物醫療技術的發展顯得尤為重要。而3D打印的橫空出世，從根本上加速了這個大產業的發展。同時，為了人類未來的健康發展，世界各國及企業也都在不斷的做出努力。下面，讓我們一起來回顧下本周生物醫療3D打印產業有哪些熱點動態吧！
鈦鉭合金改進3D打印植入物的應力吸收
到目前為止，研究人員們主要使用選擇性激光熔融（SLM）技術和鈦鋁基粉末來3D打印生物原型。SLM技術通常使用高功率激光器來根據計算機設計模型逐層構建3D對象。但是由于鋁這種元素對人體神經有著長期不良影響，導致科學家們希望能夠找到其它材料來取代它。為此，來自ASTAR下屬新加坡制造技術研究所（SIMTech）的Florencia Edith Wiria和南洋理工大學新加坡3D打印中心的Wai Yee Yeong發起了一個合作研究項目，希望通過開發一種創新的金屬共混物來使用SLM技術3D打印出更好的鈦合金生物醫療產品。
理論上說，鈦、鉭元素組成的合金是絕對沒有問題的，因為這兩種金屬都擁有生物相容性，而且其機械屬性要由于純鈦。但是鉭金屬的熔點非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用于SLM技術的球形金屬粉末在經濟上基本不可行。而市場上常見的鉭粉通常是通過氣體霧化形成的長條形粗糙微粒。為了克服這一問題，研究團隊將這種粗糙的鉭金屬粉與另外一種市場上現成的微球形鈦金屬粉末混合在一起。在將這兩種材料混合半天之后，他們觀察到這種混合物可以鋪設得更加均勻，更便于SLM技術使用。顯微鏡實驗揭示在混合之后鈦金屬的球形形狀仍然保留，這是該混合物可成功用于3D打印的關鍵。
通過將一種棋盤式的激光掃描模式上下交替熔融金屬或者從一邊到另一邊的移動來減少熱應力，研究人員成功地使用SLM技術制造出了鈦鉭合金的3D形狀。出人意料的是，通過X射線和其它成像技術探測表明，鉭金屬的加入，再加上快速凝固，促進和穩定了高強度的層狀鈦晶粒的形成。研究人員預計，這種鈦鉭合金將能夠減輕“應力遮擋”效應，所謂的“應力遮擋”效應是指植入物的硬度過高導致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學刺激而導致骨質疏松的現象。這項研究成果已經被發表在了2016年3月5日出版的《Alloys and Compounds》雜志上，論文題目是《帶50%重量比鉭金屬的鈦合金的選擇性激光熔融：微結構和機械屬性（Selective laser melting of titanium alloy with 50 wt% tantalum: Microstructure and mechanical properties）》。
澳政府再撥千萬巨資支持生物3D打印研究
在生物3D打印技術的開發上，澳大利亞是當前全球最領先的國家之一。因此對于這個領域的發展，該國政府一直以來也表現得十分支持。近日，他們就宣布將向正在進行相關研究的大學、企業和醫療機構提供總金額370萬澳元（約合1773萬人民幣）的資金支持。考慮到在此之前，澳大利亞的確已經在生物3D打印上取得了一些突破性的進展（比如該國的一位患者為對抗脊髓瘤已經成功移植了3D打印的人工脊柱），所以這項重大決策并不令人意外。
據了解，在澳洲所有正在開展生物3D打印研究的機構中，位于南威爾士州的伍倫貢大學最為出名。不久之前，該校生物醫學專家Gordon Wallace教授就發表了一篇論文，闡述了3D打印有能力幫助治療阿茲海默癥（即老年癡呆癥）。而在那之前，該校還推出了一套十分完整的在線3D打印教學課程。現在，該校又展開了新的行動—他們正在與墨爾本圣文森特醫院和麥卡勒姆癌癥中心聯手建設一座全新的3D打印技術中心，旨在加速3D打印醫療用品（如手術用植入物）的實用化，而這個項目正是此次370萬資金的支持對象之一。相信這次有了政府的支援，伍倫貢大學的研究必定能增速不少。也許用不了多久，他們就能讓高端的生物3D打印正式走進澳洲的各大醫院，從而幫助普通患者擺脫病痛的折磨。
Materialise參與建立醫療3D打印技術衡量標準
醫療設備領域所有利益相關者都面臨著類似的障礙，涉及到新技術的接受和認可的時候。隨著循證醫學的出現，臨床證據已經成為用戶、醫生、醫院、贊助者和決策者的“魔咒”。很多情況下，雖然設備廠商提供的設備是一樣的，采用不同的方法產生不可靠的和不一致的結果帶來臨床上的很多困惑。而如何利用3D打印技術為醫療設備的使用和醫生的診斷提供進一步的牽引，有望減少臨床上的混亂情況。
一致的和完整的證據收集方法在整個行業里的推廣使用可以大大促進3D打印技術在醫療部門的應用。通過一致的方案來解決臨床所面臨的挑戰將進一步增強醫療保健行業對于3D打印技術能夠在臨床上發揮作用的信心，也將有助于醫生、醫院和決策者加速采用3D打印技術。政府機構和保險公司也更有可能將醫療3D打印技術列入其批準的醫療規程和設備，使患者有機會利用該技術所能提供的最佳醫療解決方案。
Materialise的創始人Wilfried Vancraen認為Materialise當前已經有了幾項倡議以期正確測量和驗證醫療3D打印在臨床方面的作用，如果能夠在整個行業采取一種以實證為基礎的方法，按照一整套規程、方法和衡量準則行事的話，就肯定能夠成功。通過科學嚴謹的方式，Materialise可以使醫療3D打印技術獲得更廣泛的應用，而病人將獲得更好的醫療服務。
FDA發布3D打印醫療設備的技術準則草案
日前，美國食品和藥物管理局（FDA）發布了針對3D打印醫療設備的準則草案，這意味著FDA已經開始認可3D打印技術在醫療領域的應用。今年3月，FDA批準了癲癇藥物SPRITAM，這一藥物使用3D打印技術來制造其藥片特殊的結構，以便于其更快速地溶解。實際上，如今3D打印技術已經深深地深入了很多公司的醫療設備的開發和制造過程中；除此之外，它還改變了研究領域并在醫療保健方面有著諸多的應用。FDA擁抱這個行業是向前邁進了一大步。
據了解，此次針對醫療設備制造商的準則草案提供了生產和驗證3D打印設備的建議和技術要求。現在，FDA已認識到，3D打印技術在醫療應用方面有著很多優勢，為此才提供相應的法規來讓醫療行業更多地用于這一技術。盡管3D打印在質量檢驗方面仍然有自己的問題，但是監管機構已經開始尋找相應的解決方案，并已經看到3D打印技術的價值。增材制造的優點是可以利用病人的醫學影像數據為其量身定制出與其解剖結構相匹配的醫療設備和外科工具。它的另一個優點是可以輕松地制造出復雜的幾何結構、并可開發出多孔結構和曲折的內部管道，這些使用傳統的制造方法往往很難實現。二醫療設備顯然還必須遵守標準通用的法規，但在此之下3D打印技術還有自己的問題。FDA概述了對3D打印醫療設備的要求，并列出了每一種組件材，以及它們層積的方式。
除此之外，該準則草案的一些內容可能需要制造商重新考慮他們的技術和生產流程以復合相應的規則要求。不過，總體來看，行業應該是歡迎這些準則的，因為它們顯然為3D打印正式進入醫療領域打開了大門。有了FDA發布的這個準則，醫療3D打印現在終于可以突破理論研究和實驗性手術的局限，進入主流了。而且FDA也似乎有意推進這個過程。需要指出的是，FDA的這份準則并不涵蓋生物打印，這是一個相當復雜的問題，足夠監管機構在未來忙的，另外，FDA也沒有涉及到生物打印食品概念。
醫學研究揭示3D打印技術在手術外科的應用優勢
意大利數字生物網絡（IDBN）創始人、外科醫生Nicola Bizzotto是意大利第一批將3D打印用于手術前準備的人，他為此也成為了在醫療領域應用該技術的堅定支持者。最近，在一群意大利外科醫生和瑞士同事的幫助下，Bizzotto醫生在科學雜志《Injury》上發表了一項研究結果，詳細介紹了利用3D打印修復橈骨遠端（即手腕）骨折的優勢。據了解，Bizzotto醫生長期以來一直骨科和創傷的臨川工作，他曾經治療過多名冬季體育運動員，因此在腕傷治療方面積累了豐富的經驗。除了利用數字斷層掃描數據物理復制腕部和手部的損傷之外，他在首次將3D打印技術用于臨床決策方面也發揮了重要作用。
在涉及到病人治療的三個主要方面，3D打印技術的應用優勢很明顯。首先是用于研究和手術準備的物理3D模型，以及獲得理想的外科手術導板。這意味著減少手術時間和成本。另外一個好處是使用3D打印模型可以方便病人和醫生之間的溝通。據悉，這項刊登在Injury雜志上的研究，分析了從2014年11月至2015年6月參與治療手腕骨折的40名患者的臨床情況。以上用Stratasys公司的3D打印機復制出了折斷的骨頭，并將其用于傷情評估和手術前規劃。Bizzotto稱，醫生們可以用這些3D打印的模型為手術板上的螺絲找到理想的固定位置，也可用于為病人說明手術過程。該手術板是由Medartis提供的，該公司其總部在瑞士巴塞爾，它主要為手外科提供了醫療解決方案且共同資助這項研究。
除此之外，3D打印技術所帶來的精度提升在腕部手術中也很重要，因為在恢復時一個小小的失敗都有可能導致愈合后手腕功能受影響。這項研究還表明，患者十分贊賞3D打印模型的使用，通過3D打印模型患者對于自身骨折情況的理解更加清楚，并且對外科醫生的能力更有信心。
科學家開發出與人骨成分相似的可3D打印材料
大約在20年前，Bob Pilliar教授開始尋找合成骨的替代材料。一度，塑料、金屬和陶瓷都曾經被認為是可用于關節置換的最新和最好的材料，但是它們對患者的疼痛緩解和活動能力的恢復是有前提的，那就是這些材料不能持久。Pilliar被稱為加拿大的陶瓷材料之父。如今，通過與另外兩位研究者攜手，已經成為多倫多大學牙醫學院、生物材料與生物醫學工程學院名譽教授的Pilliar找到了可以用來制造未來植入物的天然成分。要取代人造的膝關節和髖關節，他的部件必須是生物降解、持久和針對患者的特點量身定做的。最終，研究人員們找到了一種以磷酸鈣形式存在的有效配方。這種粉末是由與人類骨骼中同樣的礦物成分組成的，它來自美國種子巨頭孟山都公司已經放棄開發的一種可降解生物材料。經過一番研究，Pilliar和他的同事們相信自己已經找到了可以創建骨骼替代材料的正確化合物，在此之后他們需要的只是找到合適的制造方式。
為此，一位年輕的機電一體化工程師Mihaela Vlasea接下了這個任務。她是增材制造領域中的高手。她根據這一材料的特點和要求，專門開發出了一臺定制的3D打印機。據天工社了解，這臺設備有一個雙門冰箱那么大，它使用紫外線來將磷酸鈣粉末粘結在一起。使用這臺機器，Vlasea以針尖大小的精度在植入內部制造管道和空腔。形象地說，這種3D打印的骨骼植入物就像一個蟻丘，其內部布滿了用于運送養分的管道網絡，而且這個網絡的出口就是植入物表面的一個個小孔。一旦植入，人體的骨細胞就會在散播開來，并與骨骼結構機械互鎖在一起。隨著時間推移，聚磷酸鈣被人體吸收，而患者的組織和細胞則長成了人工植入物的形狀。“我們希望能夠用它來代替人工關節，和拜托所有的金屬材料。但是在短期內，我們還只能嘗試用它來代替小塊的骨頭。”Pilliar教授說。“如果我們獲得成功，再進一步嘗試用它來生成更大的關節。
除此之外，Pilliar教授也在開發人類軟骨的替代物，如果成功，對于眾多的關節炎患者來說無疑是一大福音。與我們的常識不同，關節炎患者實際上并不只限于城市里的老年人。這種疾病主要是由外傷、畸形的關節或運動損傷引起的。目前由于軟骨細胞不能再生，對于它的治療手段十分有限。作為這一骨骼項目的三個主要研究者之一，Kandel曾經與Pilliar教授和多倫多大學的研究員Marc Grynpas共同合作了二十多年。據她說，當今這種統一規格的植入物的使用壽命在20到30年之前，在此之后就需要再動手術來更換新的植入物。Kandel希望通過使用患者自己的組織和細胞打造的“生物關節替換物”來解決這個問題。
為此，Kandel嘗試從患者的骨髓中提取干細胞，然后在實驗室里重新編碼，培養成不成熟的軟骨細胞。這批細胞經過幾個星期的時間之后成熟，研究人員將其層積在滑鐵盧大學3D打印的鈣磷酸鹽植入物上并使其生長。據天工社了解，該植入物一旦通過手術植入體內，就能夠自然地發揮功能，甚至可以治愈自己。Kandel將其稱為“生物性重鋪表面（biological resurfacing）”，該技術進一步降低了植入物在植入人體之后遭受排異反應的可能性。“如果你使用患者自己的細胞的話，它們就不會被人體認為是外來的異物。”她說并補充稱這種新型的治療手段可以從根本上阻止關節炎的發展。雖然這種定制植入物可能的價格到現在還不得而知，但Kandel預期該產品商業化之后會更加便宜，因為其使用的原材料價格很低。此外，她估計這類新型的人工關節“生物替代物”在未來十年之內將得到廣泛應用。此同時，研究人員們正在通過動物試驗來測試使用這種新方法修復小骨替代品德可行性，他們預計這一研究將還要持續兩年。