3D打印人体内植物的未来技术

3D打印是近几年医学领域的热门技术，我国学者对相关材料的研发成果已经顺利转化到临床，本期多位研发者将带领我们近距离观察这项新技术，并反思顺利转化的关键所在。

在骨骼病变区域植入钢板等内植物，支撑、替代或固定人体骨骼是骨科手术中极其重要的环节。但由于很多患者骨骼形态和病变损坏或畸形部位的不同状况，个体之间存在广泛的差异，而传统机械加工方式制造的钢板等内植物往往无法完全适合病变部位形态结构和大小。因而这些内植物固定到体内后，常常导致松动、变形而影响疗效甚至使手术失败。

如今，借助3D打印，医生可以为患者“量身打造”钢板等内植物。首先在患者病变部位做三维重建CT扫描，建立自身该部位的三维图像数据。医生和工程师依据这些数据设计和打印制造出完全符合该患者的个体化的钢板等内植物。这有效解决了传统内植物与骨骼无法完全贴切和适形的问题，使得内植物能够更好地发挥固定、支撑或替代作用。近年来，我国骨科学者不仅成功施行了人工关节的个体化定制手术，而且创造性地施行了高难度的3D打印钛板经口寰枢椎复位固定融合术，3D打印颈椎融合器置换手术和3D打印全肩胛骨替代手术等，使得我国在这方面的临床疗效和研究水平走到了世界的前列。不过，就3D打印技术本身，还有许多值得继续深入探讨的地方。

内植物结构还需完善

3D打印个性化内植物在骨科领域的应用获得了初步成功，如何达到内植物自身结构的最优化是目前研究的热点和难点。

首先，3D打印内植物的强度虽然有了很大提高，但是否可以达到锻造金属的强度还在研究之中。其次，如何能在满足支撑、固定的前提下，降低钛板等内置物的厚度与重量，还有待研究，这其中涉及微孔结构、网状结构、受力点增厚、非载力点减薄等理念的研究与应用。第三，在金属内打印上具有功能活性的生物材料或细胞，以进一步提高疗效，也是未来的发展方向。

内植物不能“大小随意”

在设计过程中内植物的大小并非像人们想象的那样，能够凭主观感觉随意决定。因为若内植物尺寸过小，会使内植物的压缩强度降低，很可能不能满足骨骼强度的需要，造成内植物断裂、脱落等情况发生;若尺寸过大，则会造成内植物弹性模量过高，引起应力遮挡效应，诱发手术区域骨质疏松的发生。目前，该领域尚无符合3D打印技术特点的尺寸标准供医生作为设计参考，医生们多以传统机械加工方式生产的内植物作为参照来决定3D打印个性化内植物的大小和形态。

除此之外，目前将3D打印个性化内植物设计为微孔结构较为流行。虽然相关研究证实微孔结构具有利于骨组织长入、减轻自身结构重量、降低弹性模量等优点，但是微孔应该多大，单位体积内微孔数量多少最合适均无定论。所以，在设计过程中如何正确把握内植物尺寸及微孔等结构的大小这个“度”有待于在今后的研究中进一步明确。

强求“3D”可能不经济

3D打印技术最大的优势在于个体化定制以及制作结构复杂的产品。这些优势与骨科内植物的制造需求不谋而合。当面对结构复杂、不规则的模型时，3D打印可通过逐层堆积的方式进行快速制造。不仅节约了制作时间，同时也大大减少了原材料的消耗和制作成本。但是，当制作如螺丝钉等结构简单的产品时，3D打印的生产成本和时间消耗要远远高于传统机械加工。所以，个性化内植物生产方式的选择应根据内植物具体的结构和形态而定，以求节约制造成本，最大限度为患者降低医疗费用支出。

跨行业合作期待加强

随着我国3D打印产业的蓬勃发展，我国自主研发的金属3D打印机已达到世界先进水平，完全有能力自主完成高精度内植物的制作。近年来，多个“世界第一”高难度手术的完成标志着我国在本领域走进了世界前列。但是，我们仍应该冷静地认识到我们的不足。西方国家在3D打印领域起步较早，3D打印工艺更为成熟，在骨科内植物领域的应用经验更为丰富。在合作团队建立方面，其人员搭配更为合理。高校与医院、企业与医院的合作和交流更为紧密和流畅。

所以在今后的发展过程中，如何将3D打印内植物领域各个行业的优秀资源整合在一起、如何使各个行业之间的信息交流更为快捷流畅，从而提高研发和推广效率，是我们急需解决的问题。