中国电子技术网

设为首页 网站地图 加入收藏

 
 

生物3D打印引领一场医疗革命

关键词:3D生物打印技术 3D打印硬脑膜补片

时间:2016-01-12 10:24:47       来源:中国3D打印网

接受采访时,徐弢博士刚远途出差回来。在他位于广州科学城的办公室里,光线明亮,窗外一片绿意,一只黑色电脑包随意放在办公桌旁边的地上。

  这位细胞打印美国专利的所有者,曾打印出一只动物心脏。他以第一作者身份发表了世界上首篇学术性细胞打印论文,其首创的器官打印技术被美国《Business2.0》杂志评为“二十一世纪改变世界的六大技术之一”。2001年徐弢赴美留学,8年后归国创业,与师弟袁玉宇一起成立广州迈普再生医学科技有限公司(下称“迈普公司”)。

  从实验室到成立公司,徐弢说自己思维上最大的改变就是从以往的技术出发变成了现在从市场需求出发。目前,迈普公司的3D打印硬脑膜补片和尿失禁悬吊带两种产品已经上市,个性化颅骨产品正在临床阶段,还有一款糖尿病足产品正在重点研发。



  一张硬脑膜补片的商业化之路

  大脑脑膜受损,用一张类似膏药的膜贴上,细胞自然爬升覆盖,最终受损处愈合,所贴的膜在“功成身就”后自然降解。

  这张神奇的“膏药”是生物3D打印生产的硬脑(脊)膜补片(商品名为“睿膜”),由迈普自主研发,是我国首款获得中国食品药品监督管理总局(CFDA)批准的生物3D打印产品。

  相对于传统技术生产的同类产品,生物3D打印生产的硬脑(脊)膜补片因高度模拟自体脑膜的ECM(细胞外基质)微观结构,不仅能快速促进自体细胞及血管定向、有序地生长爬行,而且无任何化学残留、发热及病毒传染的风险,一年后最终降解成水和二氧化碳。

  世界范围内使用睿膜的患者已有数万例,其中中国一万余例。徐弢告诉《第一财经日报》记者,强生、美敦力等公司十几年前就开始生产脑膜补片,占据大量的市场份额,而新生面孔睿膜之所以能切入这个市场,是因为现有脑膜补片产品多为动物材料,而动物源的胶原蛋白类存在吸收过快、有发热风险等缺陷,日本甚至发生过一百多名患者因使用动物材料的脑膜补片而感染疯牛病的事件。睿膜所使用的合成材料则避免了这些问题。“睿膜刚好适应了此类产品升级换代的需要。”徐弢说。

  现在听来似乎睿膜的横空出世十分顺利,实则不然。长达五六年的研发周期不谈,睿膜面世后的推广也历经困难。徐弢的搭档袁玉宇回忆,他们第一次去国外参加全球最大、规格最高的医疗器械展,因产品仅仅用塑料袋装着,他们一度被人误认为是骗子。5天飞5个国家去面见代理商的“空中飞人”日子也没少体验。

睿膜比动物材料的产品贵大概10%~20%。徐弢认为,对植入式医疗产品来说,其实价格并不那么敏感,人们会因为质量好而使用而并非因为便宜才使用。因此睿膜走出国门并未自掉身价,其定价与主要竞争对手强生公司的价格是差不多的。

  睿膜目前已经拿到欧洲、中国、韩国等地的相关认证,目前正在做美国的认证。徐弢透露,一家业内排名非常靠前的美国公司已表示希望跟迈普在美国进行全面合作的意向。

  生物3D打印进化论

  生物3D打印最早出现在上世纪90年代,最初是打印一些医学模型,另外在牙科手术导板等方面有广泛应用。过去20年,生物3D打印的生物材料越来越丰富,涉及金属、陶瓷、高分子甚至细胞等具有生命活性的物质,创新应用也层出不穷。

  国际生物制造学会主席、国家千人计划学者孙伟教授以及清华大学生物制造创新团队将生物3D打印技术按使用的生物材料的生物性能和产生时间分为四个层次:

  一是制作帮助医生进行手术分析的原型,这是用无生物相容性要求的材料制成的,应用包括3D打印医疗模型以及手术导板。迈普公司橱窗里陈列的数个3D打印的人脑模型就是此类产品,这些逼真的模型是根据医院提供的数据经处理转化为三维数据后并打印出来的,可以帮助医生制定精确的手术计划。

  二是采用生物相容性好、非降解的材料制作永久植入体,最常用于骨等硬组织移植物,但这类材料呈惰性,与人体组织不发生反应。

  三是采用具有生物相容性且可以降解的材料制作组织工程支架,并且植入支架可激活人体自主的修复机制,达到一定程度的组织再生修复目的,如睿膜。

  四是采用活性细胞、细胞外基质、生长因子等,模拟人体组织的天然结构,进行可控有序组装,制作具有生命功能的体外仿生三维生物结构体,应用包括再生医学中人体组织器官的替代修复,以及药物筛选中细胞组织药理模型等。这种层次即细胞及器官3D打印,是现代意义上的生物3D打印。

  3D打印也是许多资本争相追逐的领域。根据国际快速制造行业权威报告《Wohlers Report 2014》数据,2013年全球3D打印销售收入达30.7亿美元,其中生物3D领域的应用占13.7%,复合平均增长率为34.9%。Wohlers公司预计,未来3D打印产业将继续保持两位数的增长速度,到2020年将达到210亿美元的市场规模,其中生物3D打印增长势头更为强劲。

生物3D打印的标准化产品最早是2007年由意大利公司开发出来的髋臼杯,该产品模拟骨小梁的微观结构,便于骨组织的长入。大部分生物3D打印的标准化产品都集中在骨科领域。

  徐弢解释,骨头的常见替代材料是钛合金,为使其与人体骨头更匹配,就需要降低钛合金的强度,就要在上面打一些孔使其成为蜂窝状,使用传统的制造方法既耗时长成本又高,而3D打印则可以很好地解决这个问题。

  还有一块意义重大的领域是细胞打印。这也是徐弢此前重点研究的领域。目前,世界上已有公司利用细胞打印的技术打印出肝脏、肾脏等用作药物试验。对于此,徐弢表示,细胞打印的组织修复产品,虽然技术局部取得突破,但目前各国都未有相关的注册法规,对产品的评价还存在巨大挑战,产业化应用目前还未见报道,预计产业化应用要15年甚至更长的时间。

  根据美国器官资源共享网络(UNOS)公布的数据,目前美国每天有超过11万人等待器官移植,而捐赠人数只有0.7万人;全世界大约每1.5小时就有一名需要进行器官移植的病人因等待而死亡。据估算,中国每年对组织器官修复及移植的需求将超过1000万例,现有市场规模超过1000亿元人民币。

  是否可以利用3D生物打印技术打印出器官以缓解供体缺乏难题?徐弢说,理论上是可以的,但还需要很长的时间才能转化成实际应用。以打印心脏为例,心脏是人体最复杂的器官之一,打印器官理论上需要把动物心脏细胞,如心肌细胞、纤维细胞和血管细胞准备培养好,经过3D打印机喷涂,为了保持细胞活性,还要准备特殊的培养器,提供氧气、控制温度和合适的酸碱度,保证细胞存活。因此,上面所说的步骤只是从理论上来讲,现实中涉及到细胞的选择、材料的选择和生物因子的选择,每一个都是大课题。

  然而,一旦这个方向有所突破,实现细胞打印对活体组织及器官的再造,将是人类现代医学历史上的划时代成果,引领一场医疗革命。


参与 3D打印问卷调查,作为回馈,我们将从中选取填写合格的300位朋友,每人发送至少30元的现金红包,真诚期待您的互动!

 

猜你喜欢

友荐云推荐