3D打印和你的生命安全有什么關系

材料牛注：3D打印的模型如今已經司空見慣，但是3D打印的潛力遠遠不止如此。在未來量身定制假肢、定量打印藥品將不再是夢想。

屬于3D的未來

一個非常顯而易見的事實是，由于一些特定原因，那些身患重病渴望接受治療的人對現代醫學感到很沮喪。

那些尋求器官移植的病人要在等待名單上等很久，而且就算最終找到了供體，他們的身體也可能會對該組織產生抗異性。那些需要鑄件或設備輔助治療的患者，往往只有昂貴的選擇，并且這些儀器都非常沉重。

而那些在發展中國家的病人無法獲得他們迫切需要的藥品，因此常常訴諸不可靠且危險的黑市渠道。

而這些僅是3D打印可以徹底解決的一小部分問題。人們可以利用這項技術為每個患者量身定制治療器材，并采用比傳統材料更輕更便宜的新材料。而且重要的是，3D打印機便于攜帶，可以在任何地方使用，所以那些在偏遠地區也可以引進這項技術。利用3D打印甚至可以打印的頭發。

未來何去何從？

3D打印已經給截肢者帶來了全新的生活，用量身定做的假肢縮短了治愈時間。而未來似乎更加光明 更加精彩。

我們并沒有在談論那些“無聊的”消費類應用——比如數字版權管理將使我們能夠打印出類似一副新眼鏡的東西，無需雇傭配鏡師、預約和浪費時間試帶眼鏡——盡管這也是革命性的。

同樣的說法也適用于醫療設備。關于3D印刷人體組織有很多爭議，但3D打印也可以通過提供醫生突破性的治療設備來改善醫生的治療方式。

iLab海地項目可以利用3D打印機在海地打印一些雖然基本但是卻非常重要的醫療器械，比如微型三鏡頭相機。另外一些簡單的想法很容易利用3D打印技術實現。

但是，這項技術的未來如何？它會帶來全新的醫療時代嗎？我們采訪了一些業內人士，來了解這項技術的未來前景。未來我們有可能根據一段DNA打印出一個完整的人而不只是腿部這樣的器官嗎？

為什么藥品需要3D打印？

似乎每天都有新的3D打印醫療“奇跡”制造頭條新聞，但在一些醫療機構中已普遍使用3D打印的例子之一是創建假肢（你都不敢相信，連寵物狗都有3D打印的假肢）和國家最先進的模具，使斷肢愈合速度加快80％。

Jesse Harrington-Au，全球3D設計軟件公司Autodesk的3D打印專家告訴我們，有三大理由來說明的假肢印刷的革命性。

“他們比傳統的假肢重量小很多，因為他們采用更輕的尼龍或鈦網制成，而不是沉重的、大規模生產的固體膠。他們也能更輕松地為用戶的身體量身定制。這不僅從根本上提高了舒適性，也意味著它們可以設計時尚，有助于幫助病人提高心理認同感，尤其是孩子。“

他補充說：“3D打印也大大降低了假肢的費用，低至$70 /￡50。用傳統制造技術制作的假肢可以花費數千英鎊，使很多病人無緣享用。”

而它的好處不僅如此：由3D打印個性化帶來的廣泛可能性意味著你可以打印比人體四肢更好用的假肢，甚至像超人類一樣。

例如，要打印在假肢中的熱傳感器可以讓用戶以新的方式體會“感覺”。或者植入跟蹤器的3D打印腿可以使用戶更加迷戀自己。

Harrington-Au告訴記者：“我們很快就可以看到配備了一系列傳感器和其他電子器件的假肢。例如，假肢可以裝上熱傳感器，心臟監測器等，這就像一個建在身體內的FitBit。

“這些傳感器和附加器件不僅有助于創造更加人性化的機械手，還可以幫助提升用戶的能力。”

躍躍欲試的打印手術

3D打印可以徹底變革手術本身，而是在這發生之前，它會被用來幫助規劃程序，以全新的方式讓外科醫生了解他們從來沒有辦法了解的信息。

一些醫生已經開始使用3D打印來構建患者的真實生活模式，以更好地決定他們的手術計劃。最近醫生們創建了還在腹中的寶寶Conan Thompson的3D打印模型，以評估他是否需要宮內手術。

Glenn Green，在這一工作小組的醫生之一，解釋說：“胎兒的3D打印模型使我們能夠親自看看腹中的寶寶是什么樣子，這種看得到摸得著的模型能夠幫助我們決定照顧寶寶的最佳方式。”

雖然每個我們采訪到的專家都對打印器官未來概念很興奮，但是他們都一致認為，3D打印模型輔助治療才是最大的變革。

盡管已經有被用來指導手術的3D打印模型的幾個例子，但在將來，我們可以期望這將成為普遍且司空見慣的治療的最基本程序。

生物印刷新的器官、皮膚和耳朵

到現在為止，研究人員只開始打印少量人體細胞以及合成皮膚。但最近在3D打印技術上的進步意味著這些細胞可能很快就可以進行人體移植，并具有人體皮膚和器官的功能。

早在二月，威克森林再生醫學研究所的Anthony Atala帶領的研究小組首推了一項創新的三維生物打印技術，稱為綜合組織和器官打印系統Integrated Tissue and Organ Printing System (ITOP) 。該生物打印使用活細胞作為“油墨”，利用CT掃描藍圖共創一個定制的身體零件，就像肌肉、骨骼，甚至是器官。

類似的一種技術已經被從RIKEN發育生物學日本中心的研究人員研發出來了。他們的重點是研究植皮手術，使打印皮膚表現得像活體皮膚一樣，“打造”干細胞一樣的結構，并使它們具有他們需要更換的皮膚一樣的功能。

來自RIKEN發育生物學中心的首席科學家Takashi Tsuji博士說：“到現在為止，人造皮膚的發展受到阻礙主要是因為人造皮膚缺少重要器官，如毛囊和外分泌腺，而正是這些讓皮膚在調控中發揮重要作用。有了這項新技術，我們已經成功地生長具有正常組織的功能的皮膚。”

同樣，在美國康奈爾大學的研究人員開創了一種用奶牛的細胞生長軟骨的技術。其后可將生長出的軟骨塑造成耳朵的形狀，并移植到因為癌癥或意外失去了耳朵的病人身上。

迄今為止，這些皮膚細胞，自產的器官和奶牛細胞生長出的耳朵只在動物身上進行了實驗，但緊接著要探索的明顯就是制作那些可以安全地移植到人類身上的器官。而第一個成功案例一定會在實驗室中出現。

Simon Shen，領先的3D打印品牌XYZ printing的CEO告訴我們：“要想打印整個用于移植的器官，可能還需要比較長的時間，但直接打印皮膚細胞和組織用于測試藥物可能會在五年內可行”。

下一步計劃不僅僅是人類器官移植，而是使用患者自身的DNA。而這將會使三維打印將變得更加有效。

打印藥丸

目前吸引大量關注和研究的一大領域就是3D打印的藥物，以及關于此的設計。

去年，美國FDA批準了第一個3D打印的藥物，但在未來，我們可以期待快速打印各種藥物，并且便宜、滿足各種要求。

藥物印刷已經獲得了如此多的興趣，究其原因是因為現如今的藥品生產和分發有諸多的挑戰。

這些包括生產定制形狀（在不同的條件下管理藥物的具體方式必需），按患者的需要調整用藥量，降低成本和阻止假藥在發展中國家繼續猖獗。

Simon Shen告訴我們：“藥品3D打印的真正優勢是這種個性化的能力。”他繼續說：“3D打印可以創建任意數量的標準生產技術很難制作的造型奇特的藥丸。這些不同形狀的表面積（表面積不同，因此藥物釋放的持續時間不同）可以按各種病人的需要進行調整。

“有些患者需要快速起效的藥物，而另一些則需要在一段較長時期內逐步釋放。3D打印技術可以生產專門針對這些需求的不同形狀的藥丸。”

Clive Roberts和他的研究小組在諾丁漢大學一直在研究3D打印復方制劑。這意味著，一粒藥丸可以包含多種釋放特性不同的藥物。這將是那些每天必須服用超過50粒藥片的病人的福音，比如老年人或艾滋病毒感染者。

3D打印有哪些缺點？

當涉及到藥物印刷，問題是很明顯的。在當今世界，藥物是數字化的，有什么可以阻止該藥物被共享上網，被打印毒品的人利用嗎？畢竟，一些地區已經開始打印的3D槍支了。

對于印刷藥物的工作，必須受到藥師或其他醫療專家的嚴格監管和控制。

Lee Cronin教授，Glasgow大學化學系欽定主席、TED演講者采訪了Gizmodo，對這個話題進行了更深入的解釋：“如果有人去了一家當地的五金商店，那么他們就可以購買化學品和設備制備各種藥物。”

“這將需要他們的很長時間，他們會遇到麻煩，而且它仍然是非法的。而且，在最后，他們不會制備出成分純粹、達到服用標準的藥品。”

他繼續說：“請問（這項技術）會不會增加獲得（非法）藥物的可能性？不，它不會從根本上提高這種可能性。它的目的是大幅降低藥品生產成本和更加便捷的藥品獲取渠道。這將允許再次進行已知藥物的重新生產，即使它們是“絕版”。意思就是，不需要巨型的生產設備就可以重新進行生產。

“（但是，即使它可能被非法使用，）那么這樣想想：有幾百萬的人沉迷于毒品？又有幾十億的人因為無法獲得需要的藥品而死去？”

比我們所擁有的更好

即使所有這些問題都得到妥善解決，一些上面提到的未來發展可能仍然需要幾年的時間。這是因為其實很多這些想法都需要經過嚴格的測試。畢竟，你不希望要一個新的3D打印的心臟，如果它不太能經受得住時間的考驗。

我們只是剛剛觸及3D打印藥品將來會帶來的未來的皮毛。但是，我們不要忽略了一些已經在使用的3D打印技術。

Simon Shen告訴記者：“現在我們已經看到了SLA 3D打印技術用于牙科工作中。牙醫只需按一個按鈕，就可以生產完美匹配牙齒凹槽和曲線的牙冠、牙橋及矯正裝置。這正是我期待的東西，這種技術將進一步成為主流”。

因此，盡管相比那些更加雄心勃勃的研究項目這只是3D打印的一個非常簡單的應用，但是需要認識到的是我們將看到技術與工藝的改進，變得更準確，更有效，并成為主流。

Brigitte de Vet，Materialise醫療公司的副總裁說：“在未來，醫學方面的3D打印將不再成為頭條新聞，除了在最特殊的情況下，因為它將成為可預期、可接受的標準化治療方式。”

“就像你期望在手術前被打一針麻醉劑，經歷過復雜操作的病人們會希望他們的醫生在手術前已經用3D打印規劃了手術程序，或者可以使用3D打印的手術模型，把這一計劃介紹給手術室中的其他醫生，或使用3D打印定制植入物”。

當然，如此巨大的發展，如印刷器官和皮膚，也并不是沒有挑戰和倫理問題。但隨后Cronin說，底線是，越來越多的人將被這項技術拯救，這才是真正重要的，也正是這條原因使技術不斷進步。

參考原文鏈接：Why 3D printing will save your life one day

本文由編輯部楊洪期提供素材，時冰遙編譯，點我加入材料人編輯部。

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