3D打印“人体” 是福还是祸

像我们中国人做葱油饼，摊一层面粉，撒一些葱，再加一层面粉，撒一点芝麻。也就是说，今后，3D打印机，能在喷出材料制作人体器官的同时，涂上细胞和生长因子，形成“三合一”产品，从而构建出皮肤、血管、骨、软骨等组织。

　　晚报记者贺天宝实习生吴瑞莲 晚报制图邬思蓓 摄影 何雯亚

　　戴尅戎

　　主任医师，中国工程院院士，骨科学和骨科生物力学专家

　　上海交通大学医学院附属第九人民医院终身教授，博士生导师，上海市关节外科临床医学中心主任，上海交通大学医学院骨与关节研究所主任，教育部数字医学临床转化工程研究中心主任，上海交通大学康复工程研究所所长。

　　在国际上首先将形状记忆合金用于医学领域，被授予形状记忆合金医学应用奠基人金杯。在国际上首先研发骨粒骨水泥，用于人工关节固定和肿瘤切除后的骨缺损修复。与原上海交大机械学院合作在国内最早将CAD/CAM、快速原型技术等用于定制型人工关节，创造性提出优先区定制概念。近年来又开展了干细胞移植和基因治疗促进骨软骨再生的系列研究。

　　擅长：各种骨科疑难、复杂疾病，特别是关节疾病与损伤、人工关节、骨缺损与骨不连的治疗、骨质疏松症、人工关节置换或内固定术后失败病例的补救治疗等。

　　我和名医有个“约会”

　　1+0的故事，让更多人懂得只有健康，才有一切。 21世纪人类健康，不应只有预防疾病，包括饮食、生活习惯，甚至基因、遗传的研究，还应有心理安宁和你我的共同努力。

　　《上海名医》因此念而诞生，这里将展示健康生活的长廊画卷，和带领我们健康前行的名医名家。我们尝试引领健康的潮流，希望这些努力会让你的生活更加美好！

　　感谢读者的参与和支持，对于在微博上参与转发并评论每期“名医堂”的本刊粉丝或就相关疾病来信咨询，分享就医经历的热心读者，我们将从中抽取三位，于近期同本刊名医进行“约会”！这可是千载难逢的免费“专家会诊”好机会啊！你，赶快行动吧！

　　记者：3D打印这一话题为何能够引起广泛关注？

　　戴尅戎：说起3D打印，就不得不先提到第三次工业革命，因为3D打印是第三次工业革命的标志之一。比起前两次工业革命，第三次工业革命有一个比较大的区别是源头为多元性的，涉及的领域也是多元性的。第一次工业革命，主要从英国开始，其标志是纺织工业的形成；第二次是从美国开始，其标志是福特汽车制造流水线的形成，开创了规模化生产时代。而第三次工业革命是多源性的，起于全球多个国家和地区，其终端也是多元的，涉及许多领域。而且这也是我国有史以来第一次有机会参与新一次工业革命的兴起，这也是引起国内广泛关注的原因之一。另外，第三次工业革命对医学进步的促进似乎更加直接、迅速、有效，其中又以发展到极致的3D打印技术最为抢眼。仅此一项，就将对医疗技术与设备发生深远的影响，这项技术满足了广大病人、医生梦寐以求的个性化治疗的需要，自然也吸引了大众关注的目光。

　　记者：过去，在进行人工关节置换时会遇到哪些困难？

　　戴尅戎：目前，全世界每年有几百万患者需要进行人工关节置换。国内使用的假体半数以上来自欧美国家，它们的设计完全按照西方人身材标准，和国人差别较大。国内外的每种假体的型号十分有限，全世界每年要为上百万不同年龄、不同性别、不同种族、不同体型的病人置换不同破坏程度的关节，所用的人工关节却只有5～10个规格，实在很难做到按照病人的骨骼特点 “量体裁衣”。所以过去我们只能对骨骼进行“削足适履”来获得较好的匹配程度，但即便如此，仍有部分严重畸形的病人无法选择合适的假体。

　　此外，要修复颜面畸形，做到左右对称，就更困难了。其实和脸一样，骨盆也十分讲究对称性。位于骨盆两侧的髋关节一旦左右不对称，就很可能站没有站相，走没有走相，甚至发生脱位。而在开刀的时候，病人是侧着睡的，医生根本无法看到或摸到病人另一侧完好的关节，无法精准测算假体位置，所以常常出现误差。

　　记者：应用了3D打印技术，是否能解决以往这些问题呢？

　　戴尅戎：是的。如今3D打印技术的应用，实现了精确个性化定制假体。3D打印机可以依照给患者拍摄的CT片，逐层打印出立体结构或器官模型。而借助模型做出来的人工假体，与残留骨胳衔接良好，并与现有骨胳关节完全一致。而且，再严重的畸形或破坏也不必担心没有适合的人工假体了。

　　另一方面，3D打印的骨盆原型还为医生进行手术设计提供良好帮助。仍然以骨盆肿瘤手术为例，这是骨科领域难度很高的一项手术，要求肿瘤切除干净，骨盆切割线的位置要求十分精确。过去，医生设计手术只能 “凭空想象”，有了3D打印机，现在术前就能打印出一个与患者的骨盆一模一样的模型，医生可以在模型上模拟切除，事先设计手术和假体，并在体外反复尝试安装与修正，进行手术模拟。而为了确保手术时精确切割病变骨盆，工程师还可利用3D打印模型制作专用手术导板，手术时，用骨锯沿着导板的边缘切割就能精确切除肿瘤，并使截骨处正好与假体贴合，做到左右对程，手术的难度因此明显降低。

　　记者：既然现在骨头也能打印，那么人体组织也能打印吗？

　　戴尅戎：理论上可以。通过组织工程技术就可以构造出人体组织，甚至器官。这需要三个要素——支架、细胞、生长因子。但以往这三个要素往往分别由三组不同的团队进行研究，研究出成果再相互搭配。也就是先做成支架，再种上细胞，再增添生长因子。在若干年前就已出现复合打印技术的构思了。这有点像我们中国人做葱油饼，摊一层面粉，撒一些葱，再加一层面粉，撒一点芝麻。也就是说，有一种打印机，能在喷出材料制作支架的同时，涂上细胞和生长因子，形成“三合一”产品，从而构建出皮肤、血管、骨、软骨等组织。

　　目前，多数构造出来的结构或组织，虽然具备被替代组织的外形或拥有类似力学性能，但并不具备新陈代谢、骨胳造血、肝脏解毒，肾脏排尿等器官功能。去年美国一位再生医学研究所所长在演讲时，当众捧出了一个3D打印而成的肾脏！这个粉红色的器官柔软圆润，甚至有点粘手……引起了轰动，但实际上这离替代正常肾脏功能的要求，还有很大距离。

　　最近，美国的研究人员采用3D生物打印技术，成功打印出了人的耳廓。无论是外观还是柔韧性都与正常人的耳廓十分相似。但决定人是否听得见的内耳还无法“打印”。

　　目前，全球等待器官移植的患者数量惊人。在中国，等待肝、肾、角膜移植的病人只有1%能得到供体。组织工程构造是目前最有希望的解决途径。

　　记者：3D的应用前景为世人看好，但目前它还要面临哪些瓶颈和挑战呢？

　　戴尅戎：美国一项研究曾将其面临的主要问题归纳为：材料的研制与组合，过程控制，建模与分析，设备的验证与标准，设备与假体的模块化构造与组合，设计工具与软件等等。其中，最难解决的就是材料问题。

　　3D打印的一切优点都必须建立在可打印材料的选择范围足够多的前提之上。最初，能够用于3D打印的材料非常有限，是一些利于熔融的高分子材料。而金属、陶瓷等需要 1000度以上高温手段才能制成产品的打印设备近年也已经问世，但远远没有普及。我国不能仅限于买设备做产品，而应自己创造、制造出各种普及型和高端3D打印设备，才能摆脱依赖，满足需求。

　　3D打印带来的变革不仅仅是正面的，还有负面的。这项技术在满足人们各种个性化需求的同时，也会不可避免地带来麻烦，比如可能出现令房门甚至手铐成为 “摆设”的打印钥匙，而更危险的是枪支、刀具等杀伤武器的“打印”。此外，3D打印所具备的万能拷贝功能也可能会让靠创意吃饭的人士倍感焦虑，创意“克隆”或许不再困难，也许相关知识产权的保护体系应及早提上议事日程。

　　3D打印会把梦想变成现实吗？会否改变3D打印时代的生态呢？这些提问充满梦想，也许，3D打印魅力，就在于你确定它会引发颠覆，却不知道具体是颠覆什么。