2012年，3D打印医疗应用市场规模达到3亿5450万美元，预计到2019年，将达到9亿6550万美元。据分析，2012年，北美占据了3D打印医疗应用市场的最大份额。然而，在2013年至2019年这段预测期内，预计欧洲将达到15%的最高增长率。这种增长将归因于政府的资助、各种具有更好技术的企业的兼并和收购以及有利的报销政策。

 

      这个行业一直需求技术可靠的产品，因此全球3D打印医疗应用市场在近几年来也一直在增长。3D打印为医疗保健这个行业提供了极好的解决方案，如手术器械、生物工程产品、医疗植入物和手术导板。这些解决方案彻底帮助医疗行业解决复杂的医疗难题。至于其它导致3D打印在医疗应用市场增长的因素则是市场对经济有效的医疗解决方案有巨大以及迅速的需求。然而，尽管有这些强大的市场驱动力，医疗应用中的3D打印依然面临着许多挑战，如原材料的价格波动以及缺乏使用这些设备的专业人士。而在我们更进一步谈论3D打印在医疗应用市场的发展前，我们也许该了解一下近年来3D打印在医疗应用中的一些突破。

 

      3D打印让病人能够使用自己的细胞生成替代的细胞，甚至是器官。这对医疗保健行业来说有重大的意义，而其潜在的好处也是巨大的，因为这样能够消除病人的身体对移植产生排斥的危险。在这个领域中的其中一个先驱，是圣地亚哥Organovo公司的开发组。该公司在2014年1月29日呈递了其首个3D生物打印肝脏组织的样本。就像一般3D打印一样，这种生物技术使用3D打印机逐层打印肝脏细胞和血管内壁细胞，一共打印大约20层，如此这些细胞就形成了一个结实的实体器官，从而起到人体组织的作用。目前，创建人体组织最大的障碍仍然是如何制造出为生命提供氧气和营养物质运输的血管系统，因为在组织从打印机上剥离之后，活的细胞体会逐渐死亡。但是，Organovo公司在一定程度上已经克服了血管壁细胞的问题。“我们已经成功的打印出了一个500微米深的迷你肝脏组织，它具备普通肝脏所拥有的将激素、盐和药物运送到身体各处蛋白质的功能，并且可以正常存活40天。”Organovo公司商业运作执行副总裁Mike Renard表示。

 

       目前，Organovo公司已经推出3D打印的肝脏 exVive3D™，大小只有几毫米，却能够像真实人体肝脏一样自行产生蛋白质。

 

 

 

      2014年初，哈佛大学Wyss仿生工程研究所的科学家们宣布，他们已经使用多个打印头和特制的“墨水”创造出复杂的、带有完整微小血管的生命组织结构。这一成果标志着科学家向着制造可植入的全功能活性组织（或器官），或者用于测试新药安全性和有效性的活性组织迈出了重要一步。由Jennifer Lewis博士带领的这个小组，还研发出用内皮细胞组成血管的方法。该技术能让血管组织有序排列，并通过3D打印技术去组织网络结构，同时保持血管深处的细胞存活。和生物技术公司Organovo一样，这只哈佛团队也在申请用3D打印技术打印出的血管组织进行药物筛选的实验。同时这项生物工程得到的血管网络，还能用于肿瘤的变化以及伤口愈合等医学研究。打印人体组织以及血管的最终目的是打印出实际可用的器官。

 

     路易斯维尔大学心血管创新研究所的负责人兼科技总监Stuart K Williams博士曾于2013年表示，路易斯维尔大学已经利用细胞打印出了人体心脏心脏瓣膜和小静脉。并且，他们已经将这些部分在小白鼠和其它小动物身上做了实验，并取得了成功。心脏移植或者使用人造心脏都会使病人需要吃抗排斥的药物。然而3D打印技术利用的是病人自身的细胞打造心脏，因此并不会产生排斥反应。Stuart K Williams博士相信如果一切进展顺利，打印心脏的临床实验有望在十年内进行。而进行这一实验的首批病人很有可能是那些心脏有缺陷但不适应移植人造心脏的人群，如由于胸腔过小不能移植人工心脏的儿童。

 

     3D打印能够帮助医疗技术设计师更好地设想身体部位，从而有助于设计相关的设备。3D打印技术能够定制逼真的模型，与传统的吹制玻璃方式相比更加精准。如比利时的Materialise公司提供的HeartPrint（心脏打印）服务，为特定病人量身定制的心血管解剖图提供3D打印服务。与此同时，罗彻斯特大学的研究人员使用3D打印制造了动脉瘤的模型。根据病人的CT数据，我们首先使用MaterialiseNV的Mimics以及3-matic软件创建出一个动脉瘤患者专用的3D模型，” 罗切斯特大学手术和生物医学工程副教授Ankur Chandra说到。“下一步，我们使用模拟动脉壁性能的生物精确材料进行打印，然后把模型装在一个血流动力学模拟器上，使其承受严格控制的血流动力学参数，如腔内压力、血流量和心输出。”

 

      使用3D打印能定制各种植入物。例如，Oxford Performance Materials可直接利用CT扫描或者MRI文件进行3D打印医用植入体。这些植入体的材料来自于这家公司自己的OXPEKK-IG聚合物。这项工序可用于制造头颅、手、脚以及上身肢体中非承重区域的植入体。Oxford Performance Materials通过FDA认证的产品Osteofab更是能够生成模拟骨头生长的植入体，比传统植入体更适合患者。

 

     在过去，外骨骼以及假肢所面临的主要挑战是如何让不同的病人都感到合适与舒适。利用3D打印，能够更容易为不同病人定制外骨骼与假肢。

 

 

 

      例如Ekso Bionics公司，发布了他们有史以来第一套与3D系统共同合作创建的3D打印外骨骼机器人套装。Amanda Boxtel女士在欧洲的一个活动上展示这款打印设备。Ekso Bionics 扫描了她的大腿、小腿、脊柱，构建了模型，用3D打印技术制造了一副混合动力机械外骨骼。这款设备有背部支架、拐杖和仿生腿。伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校的研究人员研制出一款由活体肌肉细胞驱动的行走机器人，它是由生物肌肉和机械部件构成。这种微型肌肉驱动生物机器人是由电流脉冲控制的。伊利诺伊大学生物工程系拉希德-巴希尔(Rashid Bashir)是研究报告负责人，他说：“由肌肉细胞驱动的生物活动性是科学家期望建造任何生物机械装置的基本要素，我们试着以某种方式将工程原理和生物学结合在一起，从而实现设计研制生物机械装置和环境医学应用的系统。”

 

        而这一突破正是因为3D打印才能实现的。最新研制的微型生物机器人体长不足1厘米，是由柔韧3D打印水凝胶材料和活细胞制成。以上七项3D打印的突破对医疗行业有着革命性的影响，更是加强了3D打印发展对现代医疗行业的影响力。下期我们将讨论3D打印在医疗领域市场中的发展是如何影响着医疗行业的。