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            生物3D打印的技術難點及市場發展趨勢

            2017.12.22

            生物3D打印技術是一種平臺性的關鍵共性技術,最終目標是實現整合醫學、工程學、電子學、生物學來“打印”出一個跟人的器官或者組織完全一模一樣的替代品,用于組織修復、器官移植。比如皮膚移植用來治療燒傷;肝移植、腎臟移植用來治療肝癌、腎功能衰竭等等。該項技術無論對制藥企業新藥創制、醫療器械企業個性化醫療器械的開發生產,以及醫院醫療新技術的研發轉化都具有重要的應用價值。


            但隨著生物3D打印技術在生物醫療領域的應用拓展,打印通量低、制備標準化、專業化等問題已成為制約該技術應用的關鍵。生物3D打印除了利用傳統3D打印的核心技術以外,所有制造過程必須符合生物學的標準,要能保證細胞活性、組織功能,還要符合醫學標準。這就需要大量的實驗來獲得針對每種器官相應的生物材料、細胞和生長因子的各種最佳組合。此外,還需要對3D打印產生的器官進行功能測試。


            因此,生物3D打印的技術層面遠遠超過簡單的用3D打印來制造模型??偨Y來講,成功的生物3D打印必須克服以下幾個具體的技術難題:

            1、細胞技術

            選擇什么類型的細胞,對于3D生物打印相關的生物組織或者器官是至關重要的。人體的不同組織都是由特有的細胞組合而成,肝臟主要有肝細胞,心臟主要有心肌細胞,皮膚主要有各種上皮細胞等。但是不是所有組織特有的細胞都可以在體外分離進行培養,而且不是所有細胞都能在經歷了生物3D打印的環境之后還能夠保持自身的生物活性。所以如何優化細胞分離、培養、增殖技術是保證生物3D打印成功的前提條件。


            2、生物材料

            人體不同的組織器官有其特有的物理學特性、力學特性等,例如皮膚的柔軟、骨組織的堅硬等,致使在對不同組織進行生物3D打印的過程中,需要選擇與組織特性相對應的生物材料,并且這些材料需要最大程度的保持所選擇細胞的生物活性和功能。更重要的一點是,所選擇的材料必須通過3D打印系統進行操作。這就使生物材料的選擇非常具有挑戰性,而且需要在打印過程中不斷地優化和改進。


            3、制造平臺

            目前應用于生物3D打印的平臺主要有Laser-based、Inkjet-based和Extrusion-based這三種主要的平臺。這三種平臺各有各的優缺點和不同的特殊功能,對硬件技術的需求也各不相同。如何根據需要制造的不同組織器官,合理地選擇平臺也是生物3D打印能否成功的關鍵。這三種平臺已經廣泛應用于傳統3D打印或3D制造系統,所以最關鍵的一點是如何將其與生物制造的體系融合,使之發揮最大功效的同時,保持細胞的生物活性和生物材料的物理特性,并且使產品滿足醫學應用的標準。


            目前,國內外生物3D打印的醫療器械主要集中在如金屬髖關節、PEEK顱內骨修補等不可降解的三維打印器械,以及羥基磷灰石等骨科修復材料,國內與國外的差距不大??山到饨M織修復器械是生物3D打印技術下一階段的開發熱點,也將帶來更為巨大的市場。


            3D打印技術是我國“十三五”計劃重點支持、重點發展的新興戰略產業之一,并被列入“十三五”國家重點研發計劃支持的重大專項之一。衛計委、工信部和國家食品藥品監督總局等單位,出臺了一系列產業支持政策,并明確指出“3D打印技術在醫用方面的前景大、市場廣,工信部將加大扶持和協調力度”,“3D打印醫療器械對促進醫療事業的發展,推進國家的發展具有重要意義,國家食品藥品監督總局已經開始轉變相應的制度和審批程序,使3D打印技術得到合理高效的發展”。


            12月13日,工信部等十二部委發布關于印發《增材制造產業發展行動計劃(2017-2020年)》的通知,預期行動計劃將在政策扶持等方面給予產業一定的支持,生物3D打印產業已經成為目前最被看好的市場領域。面向醫療應用的生物3D打印技術在未來很長一段時間內產業導向很明確,政府將大力支持發展3D打印技術。


            2016年,我國增材制造產業規模已達80億元,產業規模實現較快增長。據預測,在2015年到2020年期間,全球生物3D打印市場銷售年均復合增長率將維持22%左右,到2020年,3D打印醫療市場全球規模將突破23億美元。


            (轉載自網絡)

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