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生物3D打印的技术难点及市场发展趋势

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2018年01月02日浏览:225

生物3D打印技术是一种平台性的关键共性技术,最终目标是实现整合医学、工程学、电子学、生物学来“打印”出一个跟人的器官或者组织完全一模一样的替代品,用于组织修复、器官移植。比如皮肤移植用来治疗烧伤;肝移植、肾脏移植用来治疗肝癌、肾功能衰竭等等。该项技术无论对制药企业新药创制、医疗器械企业个性化医疗器械的开发生产,以及医院医疗新技术的研发转化都具有重要的应用价值。

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但随着生物3D打印技术在生物医疗领域的应用拓展,打印通量低、制备标准化、专业化等问题已成为制约该技术应用的关键。生物3D打印除了利用传统3D打印的核心技术以外,所有制造过程必须符合生物学的标准,要能保证细胞活性、组织功能,还要符合医学标准。这就需要大量的实验来获得针对每种器官相应的生物材料、细胞和生长因子的各种最佳组合。此外,还需要对3D打印产生的器官进行功能测试。

因此,生物3D打印的技术层面远远超过简单的用3D打印来制造模型。总结来讲,成功的生物3D打印必须克服以下几个具体的技术难题:

1、细胞技术

选择什么类型的细胞,对于3D生物打印相关的生物组织或者器官是至关重要的。人体的不同组织都是由特有的细胞组合而成,肝脏主要有肝细胞,心脏主要有心肌细胞,皮肤主要有各种上皮细胞等。但是不是所有组织特有的细胞都可以在体外分离进行培养,而且不是所有细胞都能在经历了生物3D打印的环境之后还能够保持自身的生物活性。所以如何优化细胞分离、培养、增殖技术是保证生物3D打印成功的前提条件。

2、生物材料

人体不同的组织器官有其特有的物理学特性、力学特性等,例如皮肤的柔软、骨组织的坚硬等,致使在对不同组织进行生物3D打印的过程中,需要选择与组织特性相对应的生物材料,并且这些材料需要最大程度的保持所选择细胞的生物活性和功能。更重要的一点是,所选择的材料必须通过3D打印系统进行操作。这就使生物材料的选择非常具有挑战性,而且需要在打印过程中不断地优化和改进。

3、制造平台

目前应用于生物3D打印的平台主要有Laser-based、Inkjet-based和Extrusion-based这三种主要的平台。这三种平台各有各的优缺点和不同的特殊功能,对硬件技术的需求也各不相同。如何根据需要制造的不同组织器官,合理地选择平台也是生物3D打印能否成功的关键。这三种平台已经广泛应用于传统3D打印或3D制造系统,所以最关键的一点是如何将其与生物制造的体系融合,使之发挥最大功效的同时,保持细胞的生物活性和生物材料的物理特性,并且使产品满足医学应用的标准。

目前,国内外生物3D打印的医疗器械主要集中在如金属髋关节、PEEK颅内骨修补等不可降解的三维打印器械,以及羟基磷灰石等骨科修复材料,国内与国外的差距不大。可降解组织修复器械是生物3D打印技术下一阶段的开发热点,也将带来更为巨大的市场。

3D打印技术是我国“十三五”计划重点支持、重点发展的新兴战略产业之一,并被列入“十三五”国家重点研发计划支持的重大专项之一。卫计委、工信部和国家食品药品监督总局等单位,出台了一系列产业支持政策,并明确指出“3D打印技术在医用方面的前景大、市场广,工信部将加大扶持和协调力度”,“3D打印医疗器械对促进医疗事业的发展,推进国家的发展具有重要意义,国家食品药品监督总局已经开始转变相应的制度和审批程序,使3D打印技术得到合理高效的发展”。

12月13日,工信部等十二部委发布关于印发《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》的通知,预期行动计划将在政策扶持等方面给予产业一定的支持,生物3D打印产业已经成为目前最被看好的市场领域。面向医疗应用的生物3D打印技术在未来很长一段时间内产业导向很明确,政府将大力支持发展3D打印技术。

2016年,我国增材制造产业规模已达80亿元,产业规模实现较快增长。据预测,在2015年到2020年期间,全球生物3D打印市场销售年均复合增长率将维持22%左右,到2020年,3D打印医疗市场全球规模将突破23亿美元。


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