未来智库 > 3D打印论文 > 【3D打印健康,绝不只是想像】
    如果看了电影《碟中谍5》,你一定对里面3D打印人皮面具的画面有印象吧,只要有足够的数据和图像,就能够瞬间复制一个人的脸。这并不仅仅是电影拍摄者的想象。现在的3D打印技术已经日趋成熟,并且越来越多地应用到了临床医学中。例如,在美国俄勒冈卫生科技大学,研究者按下3D打印机的按钮,多个喷头就会喷出不同的人体细胞,短暂的等待后,研究者可以得到一个患者肿瘤的复制品,这能够帮助医生更好地制定治疗或者手术方案。
    
    打印义肢便宜又快速
    3D打印技术对医学的贡献,简单来说就是把仿生技术推向了更高的台阶。仿生学和医学有什么关系呢?我们可能因为受伤、年龄增大或者疾病导致组织、器官受损、退化或者病变,如果切除,就可能需要有仿生组织或者器官来代替。美国加利福尼亚大学制造了仿生机械外骨架,能够让瘫痪的人重新行走;美国食品与药品监督管理局批准了Syncardia全人工心脏用于心脏病患者的移植手术,配上电池,能够延长可能死于心脏衰竭的人的寿命。不过这类仿生组织或者器官都十分昂贵,制造起来也耗时较长。
    3D打印可能让仿生组织和器官的制造变得更便宜、快速,而且精准。例如,现在我们可以为截肢患者量身打印义肢,3D打印的义肢通常比传统义肢有更好的功能,而且还更加便宜。因为计算机技术的不断进步,3D打印在医疗中已经越来越常见。美国康奈尔大学的工程学教授Hod Lipson介绍,现在可运用于3D打印的材料越来越多了,3D打印机的造价也在逐步下降,这都有利于3D打印推广。
    为复杂手术打印练手模型
    除了打印义肢,3D打印还能够制造器官模型用于研究手术。儿童心脏手术十分复杂,美国伊利诺斯儿童医院的儿科心脏医生用3D打印复制了患儿的心脏,然后用它来练习心脏手术,提高手术的成功率。在3D打印心脏模型的帮助下,一些本来只能活20~30年的先心病患儿可能拥有一个正常的人生。在美国华盛顿国家儿童医学中心,工程师利用3D打印机复制了患者有缺陷的心脏,将其用于手术指导和教学中。该中心的研究小组已经打印了40个心脏模型,希望它们能够让手术效果变得更好。
    打印一组肿瘤来试药
    3D打印还可以帮助我们进行药物试验。为什么很多新药物初期在实验室中效果很好,一旦进入临床阶段却效果一般了呢?因为在实验室中,药物试验针对的是细胞,例如肿瘤细胞,然而肿瘤细胞对药物的反应可能不同于3D的肿瘤对药物的反应。也许你会说用动物进行药物实验,可这有时间限制,要让小鼠体内长出肿瘤可能需要6个月,而一些癌症晚期患者却可能没有那么长的时间等待。而3D打印机则可以用肿瘤细胞快速复制一个肿瘤,这样只需要2周就能够知道患者对药物的反应如何了。更棒的是,3D打印机能够同时打印好几个肿瘤,这样就能够同时进行好几种药物的试验,为患者节约了不少时间,不用一种药接着一种药地试。
    直接打印可植入器官
    在下一个阶段,研究者们希望能够直接用活细胞3D打印出可植入的组织或者器官。可能会先从比较简单的组织开始,例如骨骼或者软骨,逐渐开始打印比较复杂的组织,然后是器官,期望最终能够直接用活细胞打印出心脏之类的复杂器官。甚至有人提出,在未来,3D打印不仅能够复原受伤的器官或者组织,还能够“升级”器官或者组织。例如,当我们的膝盖受伤后,3D打印能够直接复制我们原来的未受损的膝盖,电脑工程师还可以为我们设计一个更完美的膝盖再打印,那么患者到底应该置换哪一个膝盖呢?在不久的将来,我们就能够见到很多3D打印的髋关节、膝关节等,这样关节置换患者就不用再忍受走起路来会发出杂音的金属人造关节了。
    现在3D能打印身体什么部位了?
    虽然现在还无法用活细胞直接打印可植入的器官或者组织,但是用其他材料打印的身体部位已经广泛运用到临床中了。很多残疾人或者患者都因此而重获行动能力或健康。
    机械援助手 Ana Del Hoyo-Quinone的右手天生残疾,手术也不能让她的右手拥有正常功能。一个名为e-NABLE的非盈利性组织免费为她使用3D打印了一个机械援助手。从设计到最终完成打印一共只用了31个小时。而这只机械援助手仅需要50美元,传统假肢却至少需要3万美元。现在,Ana用这只机械援助手,能够亲自给帮助她的人写一封感谢信。
    塑胶头盖骨 荷兰乌得勒支大学医学中心的外科医生在一次手术中,给一位22岁的女患者装上了一个3D打印的塑胶颅骨。这位女性患有一种罕见的疾病,其颅骨会不停变厚,造成视力受损和严重的头痛。在换上了塑胶的颅骨后,她的视力恢复了,头痛也停止了。
    塑胶手指 美国加利福利亚的一位软件工程师在海地旅行时遇到了一位天生没有手指的男孩儿。回到美国后,他设计并且3D打印了一只带有灵活手指的左手寄给了那位海地男孩。装上新的左手后,这位男孩终于可以用手指握笔、翻书,他也是海地第一个使用3D打印义肢的人。
    钛合金脊柱骨 北京大学的医生曾在2014年为一位骨癌患者3D打印了一段椎骨。在手术中,医生先切除了一段癌变的颈椎,然后再植入打印的人造颈椎。打印材料使用的是钛,上面有很多小孔,所以人造颈椎植入后,本身的骨头很快就会与其生长在一起,有力地支撑起我们的头颅。
    鼻子、耳朵 以往要制造仿生软组织,例如鼻子和耳朵需要花费很长的时间。必须要先取模,然后再手工制作人造鼻子和耳朵。英国的Fripp设计与研究公司利用3D打印技术大大缩短了这个过程。工程师获取了患者的图像和数据后,3D打印机就能够用轻质材料打印出肤色、纹理自然的鼻子和耳朵。3D打印的仿生鼻子和耳朵更轻、更易于移植,制作过程也更快。
    
    皮肤、眼睛 法国国家健康与医学研究院在改进了3D打印技术后,能够打印出由细胞组成的活性组织。目前,他们能够打印出皮肤的表层、指甲和头发。这些3D打印出的组织都能够被用于美容和医学领域。下一步,他们将打印出眼睛的角膜。
    头部植入物 西安西京医院的外科医生曾在患者的头部植入了一个3D打印的网状填充物。该患者从3层楼高的地方摔下来,左边的头部和大脑都严重受损,摘除了一块智能手机大小的头盖骨。网状的填充物在植入后不仅能够让患者的头部在外形上恢复完整,还有助于大脑的恢复,让他有机会能够再次说话和书写。
    气管支撑物 Garrett Peterson的气管先天畸形,所以在他生命的最初18个月必须要待在医院中靠机器呼吸。即使如此,他还是经常因为窒息而全身发紫并且晕过去,因为他的气管十分脆弱,无法自主张开。美国密歇根大学儿童医院的外科医生为该患儿3D打印了一个气管支撑物,能够让他的气管保持通畅,直到气管发育得能够自主张开。植入支撑物后,小Peterson终于可以离开医院了。
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