市場分析：我國3D生物打印的應用與發展

        從上世紀90年代初開始，我國便在國家自然科學基金委和國家科技部的支持下開始了3D打印的研究。在科技部多個五年計劃的持續支持下，華中科技大學、西安交通大學、清華大學、北京航空航天大學、西北工業大學等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術研究。但國內從事3D打印技術研發的科研團隊或企業中，基本上都是在金屬材料或非生物非金屬材料的領域，將研究重點聚焦在3D生物打印領域上的還是比較少。同時從另一個方面看，3D打印技術在醫學領域的研究，國際上和國內都是近幾年才開始，國內與國外的差距并不大。

　　1、基礎研究：已躋身第一梯隊

　　在我國，對于3D生物打印的基礎性研究，主要在一些大學的研究中心進行。提到國內的3D打印，就不能不提到一個人――顏永年。顏永年，第一任清華大學材料成形制造自動化研究所所長和第一任清華大學生物制造研究所所長，被業界譽為“中國3D打印第一人”。2012年10月，顏永年教授被推舉為中國3D打印技術產業聯盟首席顧問。顏永年將制造科學引入生命科學領域，提出了“生物制造工程”(Organism Manufacturing Eng.)學科概念和框架體系，為制造科學發展提出了一個新的方向。顏永年的團隊在組織工程、載體支架的3D生物打印方面進行了深入地探索。

　　2012年10月，中國3D打印技術產業聯盟成立，顏永年教授被推舉為首席顧問

　　對于生物制造，這一3D打印最前沿的領域，顏永年教授認為，基于3D打印技術的細胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術，其目標為具有新陳代謝特征的生命體的成形和制造。細胞直接三維受控組裝，使人類可以按照器官解剖學的數字模型，通過控制單個細胞和細胞團簇的3D組裝，最終實現可整合于人體新陳代謝系統，用于修復和替代病損組織和器官的人造器官。

　　2013年8月，一個標志性的事件在業界引起了很大的轟動，從而將國內在生物制造領域的研究推向了前臺。杭州電子科技大學徐銘恩教授宣布：他帶領的團隊研發成功了國內首款3D生物打印機。這臺國內首款生物3D打印機的成功研制意味著我國3D生物打印的研究已進入了世界先進水平行列，在國際舞臺上已可以和美國的Organovo公司等3D生物打印先驅同臺競技。

　　這臺名為“Regenovo”的生物3D打印機支持活細胞打印，細胞存活率達到90%，全無菌打印設計，并支持從-5℃到260℃熔融的生物材料打印。在徐銘恩教授目前的實驗中，打印出的肝單元可以檢測到其具有解毒、代謝以及部分的分泌功能，但還沒有檢測到分泌膽汁的功能。而一些成骨的實驗則在小白鼠身上取得了成功。此外，打印的肝單元、脂肪和腫瘤等組織，在體外藥物篩選和臨床前試驗中顯示了良好的應用前景。這臺3D生物打印機在生物材料兼容性、細胞打印特性等參數上處于同類產品的國際領先水平。不過，這臺設備離打印出能夠植入人體的器官還有很遠的距離。“Regenovo”打印出的肝單元比人體正常的大5倍左右，精度仍需提高。

　　徐銘恩教授展示用3D生物打印機打印出的活性人體腎臟等器官組織

　　2、應用研究：逐漸成熟，但仍面臨諸多困難

　　對于3D生物打印的臨床應用研究，其實在我國很早就開始進行了。早在2001年，我國就成功完成了國際上第一例將3D打印技術用于頜面的修復。但我國現有的監管制度不完善、打印成本較高及一系列技術難題有待攻克等因素使得3D打印技術在生物醫療領域的應用仍面臨很多困難。

　　在3D生物打印的應用研究方面，華南理工大學的楊永強團隊具有一定的代表性，做了很多有益的探索。華南理工大學楊永強教授所帶領的研究團隊自2001年左右開始研究3D打印技術，在牙科的牙冠固定橋、個性化舌側托槽、膝關節的假體、外科手術導板以及植入體等方面都有涉及。

　　以采用3D打印技術制作烤瓷牙為例，德國的設備一次能直接制作200-250個牙冠，楊永強團隊研發的設備能做100多個，但價格只有德國設備的四分之一到五分之一。楊永強的團隊目前正在研究打印手術導板技術，目前已經做了20余種外科手術導板。另外他們在多孔骨和植入體方面也做過一些嘗試，比如模仿髖關節打印的“金屬骨頭”，力度和骨骼非常接近。

　　楊永強教授的研究成果在產業化轉化中，也取得了可喜的成果。廣州瑞通生物與楊永強教授等利用3D打印技術合作研發的eBrace個性化舌側矯治系統(舌側隱形矯治)于2008年研制成功，2009年開始臨床試驗，目前已拿到了注冊許可證，并已申請國家發明ZL3項。

　　eBrace個性化舌側矯治系統

　　另外，在國內一些醫院的研究團隊，已開始嘗試將3D生物打印應用于臨床治療當中。2013年，3D打印骨骼技術被我國正式批準進入臨床觀察階段。北京大學第三醫院骨科專家劉忠軍教授帶領的團隊在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的骨骼。該院在脊柱及關節外科領域研發出3D打印脊柱外科植入物，其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖關節三個產品已經進入臨床觀察階段。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢復情況非常好，在很短的時間內，就可以看到骨細胞已經長進到打印骨骼的孔隙里面。

　　劉忠軍(左)在辦公室研究用3D打印技術制造出的微孔型人工樞椎

　　3D打印快速、個性化、小批量和高精度的特點是這種技術應用于醫療領域的優勢所在，但生產成本高、打印材料的欠缺、移植后機體免疫排斥等一系列技術問題使得3D生物打印在從定制化產品走向大規模臨床應用，還存在著很多障礙。不少業內人士呼吁，3D生物打印前景廣闊，政府應出臺相應的扶植政策，同時監管部門也應更新監管思路，積極應對新技術帶來的生產模式的變革。

　　3、產業化尚待時日

　　2013 年4月，國家863計劃中首次將3D打印選入，并擬撥不超過4000萬的專項研究基金。同時，各級地方政府對于發展3D打印產業有著很高的積極性。當前我國3D打印產業主要形成了北京、湖北、陜西和江蘇4個產業區域。其中，首個3D打印工業園將落戶武漢東湖高新區，武漢市發改委等部門針對3D打印產業積極著手編制規劃并予以扶持培育。

　　我國3D打印產業群

　　但是與各級地方政府高漲的熱情相對應的是，3D打印產業在實際的發展中卻面臨著步履維艱的尷尬局面。由于生產成本高且市場規模不足，中國的3D打印企業普遍經營困難。作為國內第一批涉足3D打印業務的公司之一，武漢濱湖機電2012年營收700多萬元，虧損300多萬元。而在3D生物打印領域，除了設備和材料要求外，還面臨著準入和許可等一系列問題，要實現真正意義上的產業化，還有很長的路要走。

　　為打破目前3D打印產業化發展道路上的僵局，一些地方政府的做法非常值得借鑒。目前，南京、成都、珠海等地紛紛成立了3D打印技術產業創新中心。以成都為例，2013年4月，成都成立了西部地區首個3D打印產業技術創新聯盟，覆蓋產學研一系列產業鏈。作為3D打印產業集群協同創新的公共平臺，該聯盟將以成都市的制造企業為主體，由高等院校、材料研發企業和機構、工業設計企業、科研院所、3D打印服務應用提供商等聯動。聯盟成員將通過開展產業集群協同創新，力爭突破一批核心關鍵技術、掌握一批自主知識產權、形成一批戰略性新興產品，實現3D打印產業的全鏈突破。

　　2013年3月，中國首個3D打印技術創新中心落戶南京

　　2013年底，四川大學華西醫院醫學轉化項目入駐成都高新區天府生命科技園。華西醫院再生醫學研究中心主任康裕建教授表示，3D生物打印技術產學研合作平臺將啟動前瞻性創新產品研發，涉及體內骨骼材料、護理康復材料、官腔替代材料等六大類研究，一旦有所突破，將迅速推向產業化應用當中。