未来有一天,地球上会出现“生命工厂”,订单全是私人订制,产品包括心脏、大脑、细胞、皮肤等等一切让人类焕然一新的活体。不涉及任何非法贩卖,一切是3D打印技术的“魔法”。托住你的下巴,别显得大惊小怪,基于大数据多重分析的3D打印技术发展超脱你的想象,位于西南边陲的贵州,研究人员在3D打印骨植入物方面也不甘人后。
1.
“魔法学院”里的博物馆
贵州有一所现实版“魔法学院”,您需要私人订制一根全仿真的骨头?没问题。你需要打印心脏,更换掉原装老化品?未来可能实现。
在这里,10多个平均年龄不到40岁的教授、博士掌握着“复制”人体骨骼的“神秘钥匙”。年轻的“魔法师”们洞悉了骨骼的奥义,他们可以用粉末状金属或塑料等可粘合材料,在3D打印机的帮助下,1:1仿真还原人体骨骼,让骨科医生“穿越”到实验室,用3D打印的模型和辅助器械实施预手术,降低手术风险。
魔法学院名为贵州师范大学三维打印技术与应用工程研究中心,位于花溪大学城。表面上,这是一栋普通教学研究楼,推开实验室大门,你会看到不一样的世界。
不同型号、大小的脊柱、手掌、脚掌、肋骨、头盖骨、膝关节一字排开,恍然进入“骨骼博物馆”。中心的伍权博士是向导,他负责向记者讲说“每一块骨头”的来历。
“这些都是3D打印技术参照原形分厘不差打印出来。基本上,每打印一个完全相同的受伤模型,需要500-1000张CT片以计算机编码大数据的形式储存在电脑中,通过三维重建后,根据电脑的指令,把物体的形象打印出来。整个过程需要10-20个小时。”
去年,中心与贵阳各大医院合作完成了50例的手术,全部来自骨科领域。中心的投入使用,极大地提高了医生进行复杂手术的成功率。
2.
订制的关节,和病人原来的一模一样
冯小刚的电影《私人订制》里可以定制各种“奇葩萌”的业务,但绝对定制不了一根骨头——— 和你身上一模一样的骨头。
大数据3D打印技术的不断广泛应用,可以“私人定制”一切你看到、想到的物体,当然也包括,一根骨头。
当然打印骨头远没有想象中简单。贵州师范大学三维打印技术与应用工程研究中心的研究人员们,目前正在研究金属3D打印骨头植入人体的技术,希望通过大量的数据分析对比,找到最合适的手段。
现在的医疗手段对于患者植入金属假体、人工关节没有达到个性化的要求。例如人工关节,就像衣服一样,只分大、中、小号,植入人体后却很可能不那么合适,患者只能“将就”。
要想私人订制一块和原来一模一样的关节,只能依靠3D打印。
中心研究人员的构想是利用与人体高度相容的钛合金作为材料,通过对专业医学图像数据进一步处理,用3D技术打印出与患者原来缺损一模一样的金属假体植入体内,替换之前的关节,骨头可以长入金属孔隙中,从而生产成一块几乎和原来一模一样的骨头。
现在美国这方面的技术已经比较成熟化,我国一些高等院校也有成功实例。贵州的科学家在这方面正努力的“后发赶超”,争取尽快取得重大突破。
3.
“生物墨水”引导骨头再生
“生物墨水”技术是目前研究中心正在进行的前沿技术研究,其目的就是保证大数据3D技术打印出的骨骼,能够与人体完美结合。该技术一旦投入使用,则标志着贵州大数据3D打印技术的应用,开始逐步走向全国前列。
一位盆骨严重粉碎性骨折的病人需要接受骨科手术,按照传统方法,病人的盆骨将被不同规格的钢钉和钢板勉强固定。异物永远是异物,出现破损还要取出体内重新植入一个。
难道就没有一劳永逸的方法让病人不经历这么多痛苦吗?有!伍权和他的研究团队准备利用“生物墨水”为媒介,引导骨头自行生长。
听上去很科幻。
以生物陶瓷为材料,通过3D打印的骨组织工程支架,涂抹含骨细胞和生长因子的“生物墨水”植入体内,细胞在体内增殖,在它的引导下,骨断面结合,新生的骨细胞、血管等就可以慢慢渗入植入部分,并与之牢牢结合,久而久之,植入部分还会慢慢降解、被组织吸收,引导新骨形成。此时,“真骨假骨”将合在一起,达到最佳的力学和生理功能。
现在生物墨水在兔子身上的试验已经取得突破。实验用的兔子,2个月骨组织出现明显生成的迹象。
4.
医用3D打印:人类另一个登月计划
中心的伍权博士、徐卫平教授、孙立教授、汤耿老师都坚定认为3D技术将为整个医疗界带来颠覆性的变化。
“国外的科学家已经开始研究3D打印细胞、器官技术。一旦打印出来的器官被细胞赋予生命力,将成为整个生命科学领域的里程碑。”伍权说。现在中国一年有数万人等待器官移植,如果3D打印技术能够突破技术瓶颈,将会为人类带来巨大的福音。
2012年,密歇根大学附属C.S.莫特儿童医院将3D打印的气管支架,成功的植入到患有先天性气管支气管软化症的Kaiba Gionfiddo体内,成为世界首例3D打印技术医用的临床案例;2013年,英国爱丁堡赫瑞瓦特大学3D打印出第一个人类胚胎干细胞;2014年,英国科研人员将3D打印技术用于人体癌变部位的精准定位……不可否认,3D打印正在医疗领域大放异彩,哈佛材料学家珍妮佛·刘易斯称之为人类另一个登月项目。
也许将来有一天,人类医院里会出现这样一段对话:
“请给我打印一个350克重的心脏。是的,我原来的心脏出现毛病,需要将它换掉。”
“好的,请稍等,您的心脏将在1天后打印完毕,请做好手术准备。”
(记者 刘丹)