生物3D打印技術是3D打印技術與醫療技術的深度結合。它不僅可實現更精準的手術，更安全有效的藥物控釋，還可以制造出用于移植或藥物實驗的組織或器官，是再生醫學的主要分支。本文帶你縱覽生物3D 打印技術的前世今生與商業應用。

作者：周俊

3D打印技術被視為一項顛覆傳統生產方式的革命性技術，必將對人類生活、學習和工作產生深遠的影響。3D打印的優勢在于可實現復雜產品的設計與制造，并使小批量定制化產品的成本降低。我國醫療行業引入3D打印技術，始于上世紀80年代后期。隨著3D打印技術與醫療技術的發展和深度結合，3D打印不僅可實現更精準的手術，生產更適合個體需求的各種醫學內植物、助聽器、義齒、義肢，更安全有效的藥物控釋，還可以制造出用于移植或藥物實驗的組織或器官，是再生醫學的主要分支。

生物3D打印的六個步驟

生物3D打印包含六個步驟，分別是影像數據的獲取、組織和器官結構的設計、打印材料的選擇、細胞的選擇、生物打印機類型的選擇和臨床應用。起初，研究人員打印出智能生物材料，用于局部組織的誘導自我修復。隨后，開始打印具有二維結構的膜片狀組織，如皮膚和關節軟骨。隨著立體結構建模手段的豐富，中空脈管開始成形，如膀胱、氣管、心臟瓣膜。最近研究人員已經可以打印實質的器官，它實現了不同層次不同功能細胞的堆疊，充滿血管，并在每平方厘米使用了更多的細胞。

打印材料的發展歷史

在2000年左右，生物3D打印主要的臨床應用集中于醫用手術導板。此時，美國Clemson大學的Thomas Boland教授提出了細胞及器官打印的概念。隨后的十年間，臨床上開始使用生物3D打印的醫用植入物。2014年，美國Organovo公司宣布通過生物3D打印的肝臟exVive3D進入上市前的臨床試驗，并計劃向醫藥公司出售3D打印肝臟。2015年4月，該公司利用細胞打印實現構建 “腎單位”這一腎臟最基礎也是最重要的結構，并表達一定功能,人類向實質性組織和器官又邁進了一大步。

生物打印發展路徑

可以預見的未來是逐步成熟的人工組織和器官的體外制造技術，以及可以用于臨床的生物活性植入物的使用。SmarTECH預計，在2024年，醫療3D打印機的硬件市場將達到5.48億元、材料市場將達到7.08億美元、軟件市場將達到3千萬美元。

而目前，醫療行業中的3D打印尚在小眾的探索階段，總市場金額較低。硬件的市場金額比材料和軟件都高，原因在于打印機價格高昂。但隨著臨床應用的深入發展，材料的市場金額將以24%復合年增長，預計在2020年超過硬件的市場金額；配套的3D打印軟件以14%復合年增長率在今后10年發展起來；而硬件由于可擴展性高，需要不會有明顯變化的年增長率。

每年的生物3D打印文獻發布數量也逐步提高，近三年的增長率均在50%以上。世界各國在生物3D打印技術的專利申請方面呈現出較大差異，前三甲的國家美國、中國和西班牙手握絕大部分生物3D打印相關專利，且中美在近三年的申請數量占據優勢地位。

中國在生物3D打印專利申請方面，主要的幾個省市分別是成都、廣州、江蘇、深圳、杭州、青島。其中的主要玩家有廣州邁普再生醫學科技有限公司、四川藍光應諾生物科技股份有限公司、杭州捷諾飛生物技術有限公司、青島尤尼科技有限公司、西安鉑力特激光成形技術有限公司等。

生物3D打印的海外玩家，我們在以前的火視全球欄目中都有所詳細報道。根據以上的分析，我們羅列了生物3D打印未來的研究方向：

雖然3D打印技術能夠快速、準確的滿足醫療行業個性化的需求，在醫療行業有著良好的應用前景。然而該技術仍然面臨著材料、成本、精度、配套軟件等方面的挑戰。由于醫療行業的特殊性，制定行業標準及完善監管體系也將是影響應用程度的主要因素。

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