3D打印颅骨:基础研究、新材料、高技艺“一样不能少”

发稿时间:2019-11-06 08:38:24 来源:匿名

科技日报记者王言彬

当事故造成颅骨缺损时,我们应该如何修复颅骨?根据病人大脑的ct数据,可以利用3d打印技术制作出与缺损完美匹配的“头骨”。

9月15日,在济南举行的3d打印和先进新材料创新应用论坛上,这是所有大型咖啡机在交流中提到的场景。此次论坛由中国增量材料制造产业联盟生物制造产业工作组和山东省医院神经外科主办,吸引了清华大学徐涛教授、华西医院关文君教授、山东省医院神经外科庞奇教授和丁奉教授等众多知名人士。专家认为,使用聚合物复合材料,3d可以打印出“完美的头骨”。如果我们希望将来“印刷”活体器官用于人体组织修复,我们仍然需要基础研究、新材料和高技术方面的专家来“扭转局面”,共同努力。

在3d打印和先进新材料创新应用论坛上,3d打印技术制造的“头骨”与缺陷完美匹配。王言彬的照片

人类头骨由23块骨头组成,这些骨头可以支撑和保护大脑和其他重要器官。除下颌骨和舌骨外,所有骨骼都是通过缝合线或软骨连接的,这是一种不活跃的连接。如何使用流行的3d打印技术来“定制”受损的颅骨已经成为与会者讨论的话题。

王言彬在3d打印和先进新材料创新应用论坛上的照片

"一个月前我刚做了颅骨修补手术。"关文君教授,中国西部医院神经外科主任医师,中国颅骨修复大师。在他看来,颅骨修复首先需要在头顶“打开一扇窗户”,使用各种定制材料“嵌入窗户”,固定,然后用头皮覆盖。这些材料是早期的金属、甲基丙烯酸甲酯(mma)、现阶段的钛网和聚醚醚酮(peek)。理想的修复材料应具有“抗辐射、抗感染、不传热、生物力学性能好”等特点。相比之下,peek更好,因为它具有“辐射可透过、弹性和不导热”的优点。关文君强调,以peek为代表的颅骨修复对外科医生的经验和水平提出了很高的要求,也是目前颅骨修复的“主力军”。

他的观点指出这样一个事实,一方面peek,一种通过3d打印技术“定制”的新型植入修复材料,可以用来根据患者颅骨的ct数据进行3d重建,完全恢复颅骨生理结构的曲率等。并且能够与缺陷区域完美匹配;另一方面,颅骨修复不是由外科医生“一个人完成”,新材料的开发需要基础研究和个性化支持。

清华大学生物制造中心副主任徐涛教授是世界上最早开发细胞和器官打印技术的研究人员之一。他和他的导师拥有世界上第一个细胞印刷专利。显然,他看到了目前3d打印骨硬材料支撑的缺点,如“大多数金属材料没有降解,难以实现可再生功能”、“可降解材料的硬度不够,难以承重”、“3d打印产品的层间力学差”等。

"将来有可能印刷器官吗?"为了回答这个问题,徐涛和他的同事们已经取得了“超级酷的成就”和“我们一层一层地打印活细胞,然后将它们整合成3d结构”今天,该团队已经获得了生物打印领域的几项美国专利,甚至打印心脏干细胞,并将其直接放在老鼠受损的心脏上。

山东第一医科大学第一附属医院的陶昕教授在讲话中也证实了徐涛教授提到的“3d打印材料不降解”。硬脑膜是一种坚硬的膜状组织,紧密附着在颅骨内部和脑组织之间,是保护脑组织的天然屏障。如何修复硬脑膜,找到理想的硬脑膜替代材料,已经成为医学领域面临的一个问题。

厚度仅为0.2毫米,看起来像普通纸巾,但粘贴在手术患者的硬脑脊膜上,可以快速实现伤口缝合效果,成本仅为国外同类产品的1/3。陶昕对这种中国制造的高科技产品“瑞膜”的临床应用,是中国科学家“十年磨一剑”的结果,诞生于“任何好的技术,如果不加以改造和应用,都会失去生命力”的理念下。

两个月前,国家食品药品监督管理局和国家卫生安全委员会联合发布了《定制医疗器械监督管理条例(试行)》,明确定制医疗器械不能委托生产。与会者认为,基础研究、新材料和高技术联手为3d生物印刷行业迎来了一个“春天”。

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