盛蘇,陳含笑

(湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院,湖北黃石 435002)

隨著中國經(jīng)濟總量的增長和人民生活水平的提高,人們對醫(yī)療健康的需求不斷提高,以及越來越多不可預(yù)測的疾病以及突發(fā)事故的發(fā)生,人們對器官和骨髓等醫(yī)用方面的需求急劇增加。器官移植在當(dāng)今的疾病治療中普遍被應(yīng)用,但在全世界的臨床醫(yī)學(xué)上存在供體器官不足和器官移植后發(fā)生免疫排斥反應(yīng)問題。在美國,每1.5 h就有1例病人因沒有合適的器官移植而死亡,每年有超過800萬例組織修復(fù)相關(guān)的手術(shù)。生物相容性材料的最新發(fā)展使得3D生物打印可應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)的功能性活組織,可滿足器官移植的需求[1-4]。3D生物打印技術(shù)的快速性、準(zhǔn)確性,及擅長制作復(fù)雜實體的特性,使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,3D打印技術(shù)通過對生物材料或活細(xì)胞進(jìn)行3D打印,構(gòu)建復(fù)雜生物三維結(jié)構(gòu)如個性化植入體、可再生人工骨、體外細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)體、人工器官等[5-11]。3D打印的支架材料是按個體不同的需求生產(chǎn)的,不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng),對人體的切合度更高。要打印人工骨骼,可先診斷患者,再根據(jù)患者情況來制造。目前打印植入式制劑可以生物降解,以避免致癌和血藥濃度的波動,更便于植入或者取出。國家批準(zhǔn)3D打印使用一些降分子材料,打印出的3D產(chǎn)品能不斷水解為單體小分子,釋放出打印時需要包藏的藥物,載體的材料最后降解成水和二氧化碳,避免第二次手術(shù)取出,減輕患者的痛苦。3D打印技術(shù),又稱快速成型技術(shù),或增材制造,是以計算機輔助設(shè)計/制造為基礎(chǔ),將材料(流體、粉末、絲材或塊體)或逐層固化、熔敷,或逐層累疊、塊體組焊接成為整體結(jié)構(gòu)的新興制造技術(shù)。根據(jù)原料和成型技術(shù)的不同,3D打印技術(shù)可分為:熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、光固化立體成型(SLA)和直接激光沉積(DLD)等[12]。

3D 打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計、航空航天、生物醫(yī)藥、土木工程等眾多領(lǐng)域均有應(yīng)用,且隨著細(xì)胞打印的出現(xiàn),該技術(shù)在生物醫(yī)藥方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,例如掃描臟器制作出相應(yīng)模型,或利用特殊材料制作人體損壞的骨骼、牙齒、耳朵和鼻子模型等[13]。3D打印與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像采集、CT等技術(shù)及3D建模技術(shù)相結(jié)合,會在人工假體、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大影響。3D打印需要經(jīng)過掃描物體區(qū)域獲得3D數(shù)據(jù)資料,通過計算機輔助來設(shè)計數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)化為3D打印通用數(shù)據(jù)格式,運用3D打印的這種方式,可以快速制作出復(fù)雜的模型用于演練,可以提高醫(yī)療手術(shù)的成功率。一般來說,3D生物打印的材料是非常有限[14],如金屬鈦、生物陶瓷及其復(fù)合材料作為3D打印制作骨植入物;鈉海藻酸鹽、殼聚糖和丙烯酸酯類聚合物用于打印軟骨修復(fù)支架的生物材料;生物可降解脲烷和丙酸鹽基材料作為打印心肌組織的材料等[15-18]。材料的選擇是3D生物打印中最關(guān)鍵的步驟之一[1]。生物打印的另一挑戰(zhàn)是制作具有結(jié)構(gòu)完整的3D血管化細(xì)胞構(gòu)建體。3D打印制備含有需要保存活性藥物的特殊固體劑型,通過計算機控制藥物需要的劑量,因而藥品的穩(wěn)定性和劑量的準(zhǔn)確性是3D打印藥物首要考慮的問題。目前3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用還相對較少,很多生物3D 打印技術(shù)尚未成熟,面臨著生命科學(xué)的基本問題,如活體打印與功能再現(xiàn)的難題,而且3D 打印技術(shù)本身也有局限性:成本高,不能規(guī)?；a(chǎn)、打印材料受到限制等。要真正實現(xiàn)生物3D打印技術(shù)的更多應(yīng)用,還需要在機械、控制、建模、生物學(xué)等多個領(lǐng)域的共同發(fā)展,不斷突破該技術(shù)在當(dāng)前應(yīng)用中存在的技術(shù)問題。

1 3D打印在骨科治療的應(yīng)用

脊柱外科醫(yī)生從事復(fù)雜而創(chuàng)新的手術(shù)程序,以穩(wěn)定和改善特發(fā)性、先天性、退行性和損傷相關(guān)性脊柱畸形。盡管近幾十年來外科手術(shù)治療策略和植入物已得到發(fā)展和改進(jìn),但復(fù)雜畸形的外科手術(shù)矯治仍然非常困難。醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展研究到了可以制造人體器官的階段,3D打印技術(shù)的發(fā)展成熟,從最開始的細(xì)胞培育到后來的組織堆疊,相比傳統(tǒng)減材制造技術(shù)更為精確和快捷,在通過數(shù)字驅(qū)動直接成型,可以無視結(jié)構(gòu)和形狀的復(fù)雜。3D打印技術(shù)可以不受形狀復(fù)雜性的影響,具有能直接打印出計算機數(shù)據(jù)設(shè)計好的任意三維實體的優(yōu)點。3D打印技術(shù)在骨骼支架器官制造加工的方面,相較傳統(tǒng)工藝,有著無法比擬的優(yōu)勢。由于3D打印的精確性,能為每個個體實現(xiàn)不同的需求,因此3D打印的運用在植入體中越來越普及。多種材料都可被用于制造人體需求的植入體,這其中的材料主要包括樹脂,金屬和陶瓷等。術(shù)前的規(guī)劃和模擬需要先創(chuàng)建骨骼和植入物的三維CAD模型。先對患者進(jìn)行CT掃描,并將CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DICOM數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)在Mimics中重建需要的三維CAD模型并分析其受力情況。根據(jù)正、逆混合建模技術(shù)將骨科植入物的模型通過計算機的轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化的建模,并建立骨科數(shù)字模型數(shù)據(jù)。根據(jù)3D打印模型,進(jìn)行疾病的診斷及手術(shù)設(shè)計、手術(shù)方案制定及板、植入物的重建。

1.1 計算機輔助骨骼的三維重建

大多數(shù)復(fù)雜的骨科患者的手術(shù)并發(fā)癥是由于手術(shù)時間延長、術(shù)中出血、麻醉時間延長和高劑量藥物引起的,這是由于術(shù)前計劃不正確而發(fā)生的。3D打印的模型可以幫助手術(shù)團隊準(zhǔn)確地理解問題,并可以精確地計劃要在體外進(jìn)行的手術(shù)。它不僅改善了外科手術(shù)的執(zhí)行,而且有助于提前進(jìn)行必要的布置,例如設(shè)備和植入物。3D打印技術(shù)可能會給患有復(fù)雜問題的患者帶來福祉,并且還可以幫助醫(yī)生準(zhǔn)確地進(jìn)行手術(shù),并且可以避免不必要的法醫(yī)學(xué)問題。骨骼三維重建模型具體過程為:

1) 獲取需要打印的骨組織的閾值。將骨骼進(jìn)行CT掃描,得到DICOM數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics,根據(jù)掃描設(shè)置骨組織的閾值,根據(jù)設(shè)置的骨組織的閾值范圍進(jìn)行調(diào)整,獲取數(shù)據(jù);

2) 提取病變部位的相關(guān)數(shù)據(jù)。獲得數(shù)據(jù)的清晰程度與CT掃描層厚的大小有關(guān),層厚過厚會導(dǎo)致蒙板數(shù)據(jù)的缺陷,嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)生丟失等問題。所以,需要進(jìn)一步的編輯蒙板來提取所需病變部位的完整數(shù)據(jù);

3) 通過3D打印技術(shù)制造骨骼。根據(jù)掃描后得到的骨骼數(shù)據(jù),進(jìn)行編輯,運用Mimics等自帶的三維重建計算所取得的數(shù)據(jù),在計算機上得到骨骼和骨植入物的三維CAD模型。

1.2 打印骨骼植入物技術(shù)

3D打印骨骼植入物時,運用計算機的特點輔助設(shè)計技術(shù)(CAD)完成的數(shù)字“切片”,完成切片后將這些切片的信息通過計算機轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式傳送到3D打印機上,3D打印機根據(jù)切片的格式信息并根據(jù)設(shè)置將連續(xù)的薄型層面堆疊起來,直到骨骼成型。當(dāng)打印骨骼時,可使用人造骨粉為耗材,通過掃描把需要打印的骨骼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成STL,利用Cura、MakerWare等切片工具對3D模型文件進(jìn)行分層切片,之后轉(zhuǎn)為可被3D打印機識別的Gcode控制文件,并通過打印機進(jìn)行打印。3D規(guī)劃在關(guān)節(jié)盂病變評估及虛擬種植體模板制作中的應(yīng)用,如圖1所示[19]。虛擬模板允許外科醫(yī)生在患者肩胛骨的三維重建中模擬不同的關(guān)節(jié)盂部件。這有助于外科醫(yī)生在保持良好的后側(cè)接觸的同時,確定哪種植入物最能產(chǎn)生理想的關(guān)節(jié)盂類型、傾角和關(guān)節(jié)線位置。3D模板顯著地將植入物放置的精度提高到所需傾斜度的5°或變形的10°以內(nèi)[20-21]。

圖1 使用定制骨科解決方案的OrthoVis術(shù)前規(guī)劃軟件進(jìn)行3D模板制作的示例

1.3 骨骼打印材料選擇

最常用的骨骼材料是鈦合金骨骼。醫(yī)用的鈷基合金主要用于聯(lián)合制備,以取代假體連接的骨干,具有良好的耐腐蝕性、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗生理腐蝕性,是一種新型的植入材料。骨骼植入物可能會產(chǎn)生應(yīng)力屏蔽效果。因為兩種彈性模量不同的材料共同受力時,彈性模量大的材料會承受更大的應(yīng)力。如果按傳統(tǒng)的減材方法制造骨骼植入物,因鋼板彈性模量是骨骼彈性模量的很多倍,這將導(dǎo)致骨骼幾乎不承擔(dān)應(yīng)力,使得術(shù)后骨骼會因得不到鍛煉而開始逐漸萎縮。解決這一問題可以運用3D打印技術(shù)打印出多孔金屬植入物,通過計算機設(shè)置數(shù)值將醫(yī)用多孔金屬材料的彈性模量控制在與人體骨彈性模量相近的數(shù)據(jù),可以減弱應(yīng)力屏蔽效應(yīng),而且這些孔隙具有骨導(dǎo)性,能將周圍的骨骼吸引進(jìn)來,使真骨與人造骨連接成一體,幫助骨骼盡快恢復(fù)。

除金屬材料外,在磷酸鈣中添加硅和氧化鋅組成的生物陶瓷粉材料是整形外科領(lǐng)域類重要的骨修復(fù)材料,可模擬人體自然骨結(jié)構(gòu),適宜細(xì)胞和骨組織的長入。生物陶瓷及其復(fù)合材料,尤其是功能性梯度材料都可以3D打印制作骨植入物。由于常見的植入物3D打印材料缺少多功能性,從而限制了其在治療和修復(fù)骨科疾病導(dǎo)致的缺損中的應(yīng)用(例如:骨腫瘤)。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所生物材料研究中心主要從事3D打印多功能生物活性陶瓷的研究,用于骨修復(fù)與治療。研究團隊利用3D打印技術(shù),設(shè)計出了多種實驗方案,包括利用營養(yǎng)元素,仿生結(jié)構(gòu)和功能化界面以及熱治療, 開發(fā)出新型的兼具治療和修復(fù)的多功能材料。

2 3D打印人工組織

最近,Kang等報道了一種集成的組織器官打印機(ITOP)系統(tǒng),它可以制造任何形狀的人類組織構(gòu)造,且具有良好的機械穩(wěn)定性[22]。如圖2所示,多墨盒模塊用于擠出和圖案化多種載有細(xì)胞的復(fù)合水凝膠,支持聚己內(nèi)酯(PCL)和Pluronic F-127水凝膠。值得注意的是,ITOP可以生成具有多種類型的細(xì)胞和生物材料的多材料自由形狀,并且通過制造下頜骨、顱骨、軟骨和骨骼肌證明了ITOP的功能。近來,芯片上的器官(也被稱為微生理系統(tǒng))在體外重復(fù)了天然組織的結(jié)構(gòu)和功能,它與生物醫(yī)學(xué)研究中的常規(guī)動物研究相比,已成為一種有前途的替代方法。 然而,當(dāng)前的芯片上的器官依賴于多步光刻工藝且缺乏集成傳感器。 為了解決這個關(guān)鍵問題,Lind等介紹了使用多材料3D生物打印技術(shù)制造的新型儀器化心臟微生理設(shè)備?；谏锵嗳菪攒洸牧稀⒏唠妼?dǎo)率和壓電特性,他們設(shè)計了6種功能性“墨水”,這些墨水可指導(dǎo)仿生層流心臟組織的自組裝。有趣的是,這些設(shè)備是在一個連續(xù)的步驟中打印的,可以在4個星期內(nèi)用于研究藥物反應(yīng)[23]。

圖2 集成的組織器官打印機(ITOP)系統(tǒng)[22]

2.1 3D打印皮膚組織

生物3D皮膚打印技術(shù)能夠制造出帶有血管的活皮膚,使得人類朝著創(chuàng)造更接近人體自然皮膚移植物的目標(biāo)更近一步。作為3D皮膚打印的組織工程基質(zhì)材料,它的先決條件是可降解和生物相容。由于需要細(xì)胞材料成型,所以打印材料首先要具備與細(xì)胞共混合的性質(zhì),并且在結(jié)合后不會降低細(xì)胞活性。為確保細(xì)胞不會受到傷害,基質(zhì)材料的成型臨界溫度應(yīng)在正常細(xì)胞適應(yīng)的溫度范圍內(nèi)且在物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)換中對細(xì)胞無害。為了確保構(gòu)建的組織材料與人體相近,含水量也應(yīng)與人體相近并具有高的擴散率。有機溶劑會破壞細(xì)胞的胞膜結(jié)構(gòu)并影響其性能,因此通常選擇水溶性材料作為基質(zhì)材料。用于皮膚打印的基質(zhì)材料通常是明膠、海藻酸鈉和膠原蛋白,它們具有良好的生物相容性,可控降解性和細(xì)胞親和性。3D打印基質(zhì)材料成型機理如圖3所示,3D生物打印材料是“生物墨水”,而這種“生物墨水”是由細(xì)胞懸浮液和生物材料組成,將其加載到打印機料筒中,運用計算機將要打印的三維圖行設(shè)計出來,通過分層軟件將三維轉(zhuǎn)換為二維的平面圖,根據(jù)設(shè)計好的軌跡,在計算機控制打印噴頭下將“生物墨水”層層疊加并不斷重復(fù)打印直至成為三維圖像。

圖3 3D打印細(xì)胞成型機理

3D生物打印機可以同時運行多個打印噴頭,通過使用不同的細(xì)胞和“生物墨水”,按組成比例的不同打印出不同的人體細(xì)胞。與傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)不同,為了不引起排異反應(yīng),3D生物打印機可以使用來自患者自己身體內(nèi)的細(xì)胞為原料進(jìn)行打印。生物打印可以通過計算機三維圖像的設(shè)置,根據(jù)不同的需求制造出不同的細(xì)胞組織,實現(xiàn)在醫(yī)療細(xì)胞組織使用上更為便利。

2.2 人造血管的生物打印

近來文獻(xiàn)中提出了各種方法和技術(shù),使用細(xì)胞或非細(xì)胞材料和程序?qū)θ嗽煅芎脱芤浦参镞M(jìn)行生物打印[24-26]。用于組織工程的各種3D生物打印技術(shù)中,有3種主要方法用于生物打印人造血管:1) 以集成通道作為可灌注基質(zhì)的大塊基質(zhì)的制備;2) 將細(xì)胞圖案化為線結(jié)構(gòu),用于互連血管系統(tǒng)的自組裝;3) 制造可作為人造容器的獨立管狀結(jié)構(gòu)。使用無細(xì)胞材料構(gòu)建移植物可以使用較高的印刷溫度和有機溶劑。另一方面,與基于細(xì)胞的技術(shù)不同,在預(yù)制結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)細(xì)胞接種的空間控制是非常具有挑戰(zhàn)性的,這可以通過使用基于細(xì)胞的技術(shù)來實現(xiàn)。

使用載細(xì)胞材料的3D生物打印已被證實可以更有效地整合細(xì)胞,增加初始細(xì)胞裝載密度,并改善對細(xì)胞分布的控制,而不管是單細(xì)胞還是多細(xì)胞類型[27]。2005年,Kesari和他的同事首次嘗試使用點滴式噴墨打印技術(shù)構(gòu)建管狀水凝膠結(jié)構(gòu)。簡言之,他們創(chuàng)造了細(xì)胞結(jié)構(gòu),細(xì)胞被包裹在水凝膠中,并按需交聯(lián)。該研究首次將氯化鈣基海藻酸鈉以絡(luò)合物的形成引入到噴墨打印中,只需使用改良的惠普噴墨打印機將氯化鈣溶液打印到海藻酸鈉溶液中。在海藻酸鈉半月板上沉積一種油墨,離子交換導(dǎo)致海藻酸鈉交聯(lián),從而使細(xì)胞封裝在直徑為30～50 cm的液滴中[28-29]。2015年,Itoh等使用3D生物打印機制作了內(nèi)徑為1.5 mm的無支架管狀組織,并將其在灌注系統(tǒng)中進(jìn)行了培養(yǎng)。通過超聲波評估了血流,并在將制成的管狀組織植入F344裸大鼠的腹主動脈后的第2天和第5天對其進(jìn)行了組織學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)所有的移植物都是移植成功的,移植后5天觀察到了腎小管組織的重塑(管腔面積增大和壁變薄),同時還發(fā)現(xiàn)了一層內(nèi)皮細(xì)胞[30]。人造血管作為一種軟組織工程技術(shù),在冠狀動脈搭橋術(shù)中的生物力學(xué)和化學(xué)特性已經(jīng)得到研究。Esmaeili等采用擠出法制備了納米羥基磷灰石(HA)納米粉體組成的熱塑性聚氨酯(TPU)人造血管[31]。圖4展示了在其研究中使用具有一個和兩個分支的TPU和HA粉末設(shè)計的人造血管。根據(jù)研究結(jié)果,將分析模型與實驗評價相結(jié)合,可用于模擬動脈血管的細(xì)觀力學(xué)行為。通常,人工靜脈被認(rèn)為是用于血管置換的選擇性血管,而在許多心血管病患者中,由于多種原因,靜脈存在許多問題,包括患者年齡、靜脈尺寸小、先前的異常等。值得注意的是,血管的孔隙率顯著影響靜脈的剪切應(yīng)力和彈性模量。該研究結(jié)果表明,堵塞率、孔道位置和加強程度對血管的彈性模量和孔隙率均有影響。此外,試樣的生物學(xué)行為表明,添加生物陶瓷可以提高血管的彈性模量響應(yīng)。

圖4 人造血管[31]

3 個性化藥物的研發(fā)

如今,個性化醫(yī)療所帶來的“第三次藥物革命”已經(jīng)來臨,這將幫助人類治愈更多疾病,但也面臨著不小的挑戰(zhàn)。而第三次藥物革命的代表將是靶向的、個性化的藥物。醫(yī)生可以利用患者基因變異的特征來幫助選擇藥物和治療方案,減少副作用,從而獲得成功。此外,個體對某些疾病的易感性在發(fā)病前可以被識別,因此個性化醫(yī)療可以作為預(yù)防易感個體疾病的預(yù)防措施。在個性化醫(yī)療的幫助下,醫(yī)生現(xiàn)在可以超越處方藥一刀切的模式,為每位患者做出更有效的臨床決策,因為由于患者的基因遺傳變異導(dǎo)致基因?qū)μ囟ㄋ幬锏牟煌磻?yīng),這種反應(yīng)可能因個體而異。因此,個性化醫(yī)學(xué)作為一項新技術(shù),產(chǎn)生了一門新的學(xué)科,即藥物基因組學(xué),它發(fā)現(xiàn)了影響藥物治療效果的合適基因。為了開發(fā)個性化的藥物,科學(xué)家們正在探索不同的策略,其中之一就是3D打印。個性化的3D打印藥物可以解決許多具有藥理遺傳多態(tài)性或治療指標(biāo)低的患者的問題。另外,患者可以獲得更有效的藥物,同時減少藥物不良反應(yīng)的發(fā)生,這將進(jìn)一步提高患者的生存率[32]。3D打印機可以開發(fā)多種新型藥物,如透皮貼片、藥丸和一劑中含有多種活性成分的緩釋制劑。因此,單一劑量可以治愈在治療時設(shè)計的多種疾病。這增加了患者的依從性,且副作用最少,從而在藥物設(shè)計和治療選擇領(lǐng)域帶來革命性的變化[33-35]。

3D打印技術(shù)具有廣泛的特點和多功能性,因此任何具有一種或不同用途的劑型都可以使用預(yù)定的釋放曲線來生產(chǎn)[36-38]。一次性劑量甚至可以在時間或資源有限的環(huán)境下快速制造,例如將3D打印機集成到災(zāi)區(qū)、急救部門和軍事行動中[39-40]。微型反應(yīng)容器的3D打印技術(shù)可根據(jù)需要合成活性藥物成分,為科學(xué)家提供更大的靈活性。如果與傳統(tǒng)方法相比,3D打印有助于支持小規(guī)模合成一系列不同的分子,特別適用于那些成本高或穩(wěn)定性差的藥物[41]。由于3D打印技術(shù)的靈活性,可以在不增加交貨期或開發(fā)成本的情況下,創(chuàng)建各種劑量和幾何形狀以適應(yīng)研究要求以及開發(fā)最佳產(chǎn)品。因此,在不延誤治療的情況下,以最佳成本挽救生命。從經(jīng)濟效益和邏輯效益上講,醫(yī)院藥房可以建立3D打印機,實現(xiàn)個性化藥品的按需生產(chǎn)[42]。因此,盡管在常規(guī)劑量上花費了太多的錢,可能治療病人,也可能不治療病人,但3D打印個性化劑量可以通過提供成本效益高的藥物來適當(dāng)?shù)刂委熂膊　；颊叩奶囟〝?shù)據(jù)可以通過物理或數(shù)字方法(例如從智能手機應(yīng)用程序)發(fā)送給保健醫(yī)生。3D打印機易于操作,而且隨著活性成分和賦形劑數(shù)量的變化,可以輕松實現(xiàn)材料的精確沉積?？色@得在其他工藝參數(shù)中難以獲得的精確劑量和所需設(shè)計。

4 結(jié)束語

3D 打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計、航空航天、生物醫(yī)藥、土木工程等眾多領(lǐng)域均有應(yīng)用,且隨著細(xì)胞打印的出現(xiàn),該技術(shù)在生物醫(yī)藥方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。3D打印模型可以幫助手術(shù)團隊準(zhǔn)確地了解問題,并精確地計劃要在體外進(jìn)行的手術(shù)。它不僅可以改善外科手術(shù)的執(zhí)行效率,還可以幫助進(jìn)行必要的安排,例如設(shè)備和植入物。使用3D打印模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃來避免大多數(shù)復(fù)雜骨科患者的手術(shù)并發(fā)癥。盡管3D打印技術(shù)在過去的30年中一直在不斷發(fā)展,但在脊柱外科手術(shù)中使用3D打印作為術(shù)前規(guī)劃工具仍然相對罕見,主要歸因于該技術(shù)的可用性和成本,以及患者掃描與制作生物模型之間的時間延遲。3D打印技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像方法、生物材料和細(xì)胞工程的進(jìn)展將導(dǎo)致在制造特定于患者的血管組織結(jié)構(gòu)方面的進(jìn)一步發(fā)展。仍有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)有待克服,如細(xì)胞和材料需求、組織成熟和功能以及適當(dāng)?shù)难芑蜕窠?jīng)支配。3D打印在藥物研發(fā)中的作用是顯而易見的,這項技術(shù)可以徹底改變配方生產(chǎn),從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向按需生產(chǎn)高度靈活和個性化的劑型。量身定制的配方可以受益于多種應(yīng)用,從藥物開發(fā)(臨床前研究和首次人類試驗)到前線醫(yī)療(個性化醫(yī)療)。盡管取得了實質(zhì)性進(jìn)展,但使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)藥物仍處于初級階段,在廣泛應(yīng)用于實踐之前,需要克服一些技術(shù)困難。但是相信,未來的多學(xué)科研究和發(fā)展有望使得3D打印技術(shù)進(jìn)一步改變組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。