3D打印顱骨：基礎(chǔ)研究、新材料、高技藝“一樣不能少”

來源：科技日報

南極熊導(dǎo)讀：當(dāng)意外事故造成顱骨缺損時，我們該如何修復(fù)腦顱？根據(jù)患者的腦部CT數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，利用3D打印技術(shù)可制作出與缺損處完美匹配的“顱骨”。

9月15日，在濟(jì)南舉辦的3D打印與先進(jìn)新型材料創(chuàng)新應(yīng)用論壇上，這是大咖交流時都提到的一幕。這場由中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟生物制造產(chǎn)業(yè)工作組、山東省立醫(yī)院神經(jīng)外科主辦的論壇吸引了清華大學(xué)徐弢教授團(tuán)隊、四川大學(xué)華西醫(yī)院關(guān)俊文教授、山東省立醫(yī)院神經(jīng)外科龐琦教授、丁峰教授等眾多大咖參與。專家們認(rèn)為，利用高分子合成材料，3D可打印出“完美的顱骨”；如果期待未來“打印”出活體器官用于人體組織修復(fù)，仍需基礎(chǔ)研究、新材料、高技藝方面的專家們“擰成一股繩”，通力合作。

在3D打印與先進(jìn)新型材料創(chuàng)新應(yīng)用論壇會場，一只利用3D打印技術(shù)制作出的、缺損處完美匹配的“顱骨”。王延斌攝

人的顱骨由23塊骨組成，能支持和保護(hù)腦等重要器官。除下頜骨和舌骨外，各骨之間都借縫或軟骨相連，屬不活動的連結(jié)。如何利用時下炙手可熱的3D打印技術(shù)“定制”受損的顱骨，成為與會者討論的話題。

3D打印與先進(jìn)新型材料創(chuàng)新應(yīng)用論壇會場王延斌攝

“一個月前，我剛進(jìn)行完一場顱骨修補(bǔ)手術(shù)�！彼拇ù髮W(xué)華西醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師關(guān)俊文教授是國內(nèi)顱骨修補(bǔ)手術(shù)的高手。在他看來，顱骨修補(bǔ)，首先需要在頭頂上“開一扇窗”，用定制的各種材料“嵌入窗中”，固定，然后用頭皮覆蓋。這些材料，早期是金屬，是甲基丙烯酸甲（MMA），當(dāng)下是鈦網(wǎng)，是聚醚醚酮（PEEK）。而理想的修復(fù)材料，需具備“可透過放射線、抗感染、不傳熱、生物力學(xué)性好”等特征。相對而然，PEEK因其“射線可透過、有彈性、不導(dǎo)熱”等優(yōu)勢更勝一籌。關(guān)俊文強(qiáng)調(diào)，以PEEK為代表的顱骨修復(fù)術(shù)對主刀醫(yī)生的經(jīng)驗、水平提出了高要求，也是當(dāng)下顱骨修復(fù)的“主力軍”。

他的觀點(diǎn)指向一個事實(shí)：一方面，選擇3D打印技術(shù)“量身定制”的新型植入修補(bǔ)材料PEEK，可根據(jù)患者的頭顱CT數(shù)據(jù)進(jìn)行3D重建，完全還原顱骨的生理結(jié)構(gòu)曲度等，可與缺損區(qū)域嚴(yán)絲合縫；另一方面，顱骨修補(bǔ)并不是主刀醫(yī)生“一個人能完成”，新材料的研制還需要基礎(chǔ)研究和個性化的支持。

清華大學(xué)生物制造中心副主任徐弢教授是國際上最早進(jìn)行細(xì)胞和器官打印技術(shù)開發(fā)的研究者之一，他和導(dǎo)師一同擁有世界首個細(xì)胞打印專利。顯然，他看到了現(xiàn)在3D打印骨硬質(zhì)材料支架面臨的不足，比如“大部分金屬材料不降解，難以實(shí)現(xiàn)可再生功能”、“可降解材料硬度不夠，難以承重”、“3D打印產(chǎn)品層間力學(xué)較差”等。

“未來器官打印可能嗎？”回答這一設(shè)問，徐弢和同事們已經(jīng)做出了“超酷的成績”，“我們打印活細(xì)胞，一層一層地，然后把活細(xì)胞整合成3D結(jié)構(gòu)�！比缃�，該團(tuán)隊已在生物打印領(lǐng)域取得了多項美國專利，甚至打印心臟干細(xì)胞并直接置于一只老鼠受損的心臟上。

徐弢教授提到的“3D打印材料不降解”問題也在山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院辛濤教授的演講中得到驗證。硬腦膜是緊貼在顱骨內(nèi)側(cè)和腦組織之間的堅硬膜性組織，是保護(hù)腦組織的天然屏障。如何修復(fù)硬腦膜，尋找理想的硬腦膜替代材料成為醫(yī)學(xué)界面臨的問題。

厚度僅0.2毫米，看上去就像普通紙巾，貼在手術(shù)患者腦硬膜破損處卻可迅速實(shí)現(xiàn)傷口縫合效果，費(fèi)用則只有國外同類產(chǎn)品的1/3。辛濤在臨床中應(yīng)用的這款名為“睿膜”的中國造高技術(shù)產(chǎn)品，是中國科學(xué)家“十年磨一劍”的成果，也是在“任何好的技術(shù)，如果不轉(zhuǎn)化和應(yīng)用就失去生命力”理念下誕生的。

兩個月前，國家藥監(jiān)局和國家衛(wèi)健委聯(lián)合發(fā)布《定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理規(guī)定（試行）》，明確定制式醫(yī)療器械不得委托生產(chǎn)。在與會者看來，基礎(chǔ)研究、新材料、高技藝三者聯(lián)手，3D生物打印產(chǎn)業(yè)迎來“春天”。