3D打印颅骨:基础研究、新材料、高技艺“一样不能少”

2019-09-16 15:13:11 来源: 科技日报 作者: 王延斌

科技日报记者 王延斌

当意外事故造成颅骨缺损时,我们该如何修复脑颅?根据患者的脑部CT数据进行设计,利用3D打印技术可制作出与缺损处完美匹配的“颅骨”。

9月15日,在济南举办的3D打印与先进新型材料创新应用论坛上,这是大咖交流时都提到的一幕。这场由中国增材制造产业联盟生物制造产业工作组、山东省立医院神经外科主办的论坛吸引了清华大学徐弢教授团队、四川大学华西医院关俊文教授、山东省立医院神经外科庞琦教授、丁峰教授等众多大咖参与。专家们认为,利用高分子合成材料,3D可打印出“完美的颅骨”;如果期待未来“打印”出活体器官用于人体组织修复,仍需基础研究、新材料、高技艺方面的专家们“拧成一股绳”,通力合作。

3D打印与先进新型材料创新应用论坛会场,一只利用3D打印技术制作出的、缺损处完美匹配的“颅骨”。王延斌

    人的颅骨由23块骨组成,能支持和保护脑等重要器官。除下颌骨和舌骨外,各骨之间都借缝或软骨相连,属不活动的连结。如何利用时下炙手可热的3D打印技术“定制”受损的颅骨,成为与会者讨论的话题。

3D打印与先进新型材料创新应用论坛会场 王延斌

“一个月前,我刚进行完一场颅骨修补手术。”四川大学华西医院神经外科主任医师关俊文教授是国内颅骨修补手术的高手。在他看来,颅骨修补,首先需要在头顶上“开一扇窗”,用定制的各种材料“嵌入窗中”,固定,然后用头皮覆盖。这些材料,早期是金属,是甲基丙烯酸甲(MMA),当下是钛网,是聚醚醚酮(PEEK)。而理想的修复材料,需具备“可透过放射线、抗感染、不传热、生物力学性好”等特征。相对而然,PEEK因其“射线可透过、有弹性、不导热”等优势更胜一筹。关俊文强调,以PEEK为代表的颅骨修复术对主刀医生的经验、水平提出了高要求,也是当下颅骨修复的“主力军”。

他的观点指向一个事实:一方面,选择3D打印技术“量身定制”的新型植入修补材料PEEK,可根据患者的头颅CT数据进行3D重建,完全还原颅骨的生理结构曲度等,可与缺损区域严丝合缝;另一方面,颅骨修补并不是主刀医生“一个人能完成”,新材料的研制还需要基础研究和个性化的支持。

清华大学生物制造中心副主任徐弢教授是国际上最早进行细胞和器官打印技术开发的研究者之一,他和导师一同拥有世界首个细胞打印专利。显然,他看到了现在3D打印骨硬质材料支架面临的不足,比如“大部分金属材料不降解,难以实现可再生功能”、“可降解材料硬度不够,难以承重”、“3D打印产品层间力学较差”等。

“未来器官打印可能吗?”回答这一设问,徐弢和同事们已经做出了“超酷的成绩”,“我们打印活细胞,一层一层地,然后把活细胞整合成3D结构。”如今,该团队已在生物打印领域取得了多项美国专利,甚至打印心脏干细胞并直接置于一只老鼠受损的心脏上。

徐弢教授提到的“3D打印材料不降解”问题也在山东第一医科大学第一附属医院辛涛教授的演讲中得到验证。硬脑膜是紧贴在颅骨内侧和脑组织之间的坚硬膜性组织,是保护脑组织的天然屏障。如何修复硬脑膜,寻找理想的硬脑膜替代材料成为医学界面临的问题。

厚度仅0.2毫米,看上去就像普通纸巾,贴在手术患者脑硬膜破损处却可迅速实现伤口缝合效果,费用则只有国外同类产品的1/3。辛涛在临床中应用的这款名为“睿膜”的中国造高技术产品,是中国科学家“十年磨一剑”的成果,也是在“任何好的技术,如果不转化和应用就失去生命力”理念下诞生的。

两个月前,国家药监局和国家卫健委联合发布《定制式医疗器械监督管理规定(试行)》,明确定制式医疗器械不得委托生产。在与会者看来,基础研究、新材料、高技艺三者联手,3D生物打印产业迎来“春天”。

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责任编辑:陈小柒
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