根據打印材料、生物學性能和應用情況,生物3D打印包括四個層次。
“第一個層次是用普通的工程材料,打印出體外的個性化模型,給醫生用于診斷、交流或設計手術治療方案。”林峰拿起一個淺黃色的下頜骨模型指點著說,“這是一位病人的下頜骨。如果醫生要在這里打個釘子,就可以根據病人的CT圖像在計算機中重建出病人的下頜骨模型并打印出來,醫生還可以在模型上規劃好打孔的位置、角度和深度,設計出能夠輔助手術的導板,再利用三維打印制作出導板,用于手術過程中,從而提高手術的正確性。”
第二個層次是用生物相容性良好、不可降解的材料,打印出可以移植到病人身體里的植入器件,替代受損部位。“比方說根據病人這側耳朵建立一個耳朵數字模型,用聚氨酯彈性體三維打印出另一側的耳朵模型,然后植入病人的皮下進行縫合。”
第三個層次用的是可降解材料,為組織再生打印出含有豐富孔隙的支架,接種細胞后,進行體外或體內的培養,以實現缺損組織的再生和修復。
第四個層次與前三個層次不同,是用活生生的細胞進行三維打印,打印出模擬組織三維結構的細胞三維結構或類組織。
“在此基礎上,要實現器官打印,還要克服很多困難。”林峰說,“打印有生命的東西,聽上去很有"炫",但如果將細胞看作一種打印的"墨水",就不顯得那么神秘了。”
技術怎么用
1998年,西安交通大學教授李滌塵成為國內最早研究生物3D打印技術者之一。
“我們當時最重視的問題就是"我們的技術怎么用""我們的用戶在哪里"。”李滌塵說,在一次去第四軍醫大學探訪時,骨骼陳列室里各類骨骼組織上那些“至關重要的小洞”讓他突發靈感—用生物3D打印技術做個性化的骨骼金屬替代物。
2001年10月,第一例個性化鈦合金下頜骨的制作和移植修復工作完成。如今,這樣的案例已經增加到100多例。
此外,李滌塵還在探索用可降解的生物陶瓷打印骨組織,移植到患者體內后能夠逐漸引導患者長出自己的骨骼。
“這個已經用于羊和狗的動物試驗,效果還不錯,正在等待審批。”李滌塵說。