一项新研究旨在让医疗专业人员了解3D打印未来在医学领域的应用潜力。
奥斯汀医疗中心血管外科主任、墨尔本大学临床研究员杰森·丘恩表示，无论是针对患者个体的手术模型、定制假肢、按需个性化药物，还是3D打印的人体组织，3D打印技术都将改变医学。
在将一枚笔大小的支架插入某人的主动脉并撑开之前，外形像软管、负责将血液从心脏输送出去的这条动脉，外科医生丘恩喜欢先在患者身上演练。当然不是真的动手，而是在塑料模型上练习。
他的办公室里有一台3D打印机，墨尔本奥斯汀医院窗台上摆着一排颜色鲜艳的塑料主动脉模型。它们都根据真实患者的情况建模，并由CT扫描、超声和X光影像打印而成。
丘恩说：“借助模型，我能更容易地判断支架尺寸是否合适，以及释放支架时它能否恰好弯曲到正确的形状。”
他说：“目前，3D打印处于医学研究的前沿，但未来医疗行业的所有人都会把这项技术视为理所当然。”
从本质上说，3D打印是利用计算机引导技术，根据数字设计逐层添加材料来制造三维物体；材料可以是加热的塑料，也可以是用于金属和陶瓷的粉末。从玩具和食品，到能够按需生产备件的军舰，甚至无人机，各种物品都在通过这项技术打印制造。医学只是另一个新领域。
这篇新论文由丘恩和墨尔本奥斯汀医院的贾萨敏·科尔斯-布莱克合著，发表于《澳大利亚医学杂志》。
丘恩和科尔斯-布莱克指出，3D打印将改变医学的五大领域如下：
1. 生物打印
这听起来像是出自《弗兰肯斯坦》的情节，但我们最终能否3D打印人体器官？丘恩说，并非如此。不过，他坚信，未来我们能够3D打印出可执行器官基本功能的人体组织结构，从而免去某些移植的需要。
科学家已经在利用3D打印制造“类器官”，它们以微小尺度模拟器官，可用于研究。类器官由干细胞构成；通过刺激干细胞，它们可以生长为特定器官的功能单元，例如肝脏或肾脏。他说，挑战在于如何扩大类器官的规模，使其形成能够增强患者体内衰竭器官功能的结构。
这种“生物打印”需要使用计算机引导的移液管，吸取悬浮在营养丰富溶液中的细胞培养物，再将其逐层“打印”在凝胶中。没有凝胶，细胞就只会变成一团水状物。
丘恩说，问题在于细胞进入凝胶后，几分钟内就可能死亡。对于类器官这样可以快速构建、随后转回营养液中的小型结构，这不是问题。但若要制造器官这样更大的结构，问题就很严重，因为器官完成打印之前，最初打印的细胞层就会死亡。
丘恩说：“除非出现某种突破，让我们在打印细胞时能使它们存活，否则我认为打印完整的人体器官仍将是不可能的。不过，潜力在于找到可靠构建类器官或其组成部分的方法，再将它们结合起来，使其发挥类似器官的功能。”
2. 一粒药包含多种药物
患有各种疾病的人，例如老年人，往往需要在一天中多次服用多种药物。但试想一下，如果一粒药就能替代医生给你开的十粒药呢？
丘恩表示，3D打印正逐步让这成为可能，并为定制药物开启全新的天地。
传统药片通常只含一种药物，并设计为在特定时间溶解、释放药物；而3D打印的精度意味着药片可以容纳多种药物，每种药物都有不同的释放时间。面向糖尿病和高血压患者、含有三种不同药物的3D打印“复方药片”已经研发出来。
未来，你的医生给你的可能不是处方，而是一份打印说明的数字文件。
3. 手术演练
研究显示，外科医生使用3D打印模型演练手术流程，可以缩短手术时间，减少患者创伤。仅潜在的成本节约就相当可观。正如丘恩指出的那样，手术室每运行一小时就可能花费2,000澳元（AUD）。每分钟的费用超过30澳元（AUD）。
丘恩和科尔斯-布莱克已经开始打印患者肾脏模型，帮助奥斯汀医院的外科医生规划肾肿瘤切除手术。通过更昂贵的柔性材料（如热塑性聚氨酯）打印，这类硬质塑料模型可以变得更逼真。丘恩办公室里硬质塑料主动脉模型的材料成本约为15澳元（AUD）（不到12美元）；若用软塑料打印，成本则可能升至50澳元（AUD）（不到40美元）。
3D打印生物模型的真正成本不只是材料或打印机，还包括将扫描影像转换为打印机文件所需的软件。丘恩使用的3D分割软件每年约需20,000澳元（AUD）（不到16,000美元）。
4. 定制假肢
3D打印刚开始兴起，人们很快就看到了为宠物制作简易假肢的机会，从小狗、鹅，甚至到陆龟都能适用。与人类不同，宠物假肢并没有大规模供应链。但随着3D打印越来越多地用于制造完全符合患者需求的假肢，大批量供应的假肢很可能会成为过去。
丘恩说：“例如，进行髋关节置换时，外科医生必须切削并扩孔患者的骨骼，以便安装假体；但未来，为患者量身3D打印假体将成为常态。”
5. 分散式生产
正如3D打印正促成药品和医疗器械的定制生产一样，生产本身也可能转向本地化。丘恩说，未来，堆满包装药品和假肢的仓库可能会被设计方案的数字文件取代，医院和药房可以下载这些文件，利用储存的原材料按需打印。
他说，只要当地医院具备打印技术并能获取原材料，这种分布式制造就有可能让世界各地更公平地获得药品和医疗器械。
不过，丘恩提醒，分散式生产会带来新的风险，使最终产品的质量控制更难保障。这需要从根本上转变责任归属：责任将从供应商转移到药品或器械的生产地点。“这意味着巨大的转变，我们必须弄清楚如何落实。但如果监管得当，就能改变人们获取医疗产品的途径。”
不过，在丘恩看来，医疗3D打印眼下面临的整体挑战，是确保医疗专业人员本身跟上这项技术的发展，因为要推动技术成功应用，离不开他们的临床经验。
“这是一项革命性技术，能够让医疗服务更好、更快捷，也更个性化。但我们需要更多医疗专业人员开始探索和试验这项新技术的能力，因为许多我们曾认为不可能的事情，如今正逐渐成为可能。
丘恩说：“我认为我们正在迈向这样一个世界：只要你能想象出来，就能把它打印出来——所以我们需要开始想象。”
