2021年9月23日，《Nature》官网发布了上海交通大学医学院附属第九人民医院戴尅戎院士、王金武教授团队的生物3D打印项目专访。该团队长期致力于医学3D打印研究，包括3D打印术前模型、手术导板、植入物以及生物打印关节假体。他们的工作旨在改善中国估计1.4 亿关节疾病患者和每年约70万例关节置换手术的医疗效果。
戴尅戎院士（右）与王金武教授（左）©上海第九人民医院
传统关节假体可能在10年内发生松动、断裂和感染等，从而导致假体失效和翻修手术。“生物3D打印在创造具有生理结构功能并能自我修复的组织器官方面，已经成为了一个极富有临床转化前景的工具，” 王金武教授介绍说， “然而目前也存在很大的挑战：除了高精度打印的要求外，还需制备优良特性的生物墨水以及构建生物活性微环境。”
王金武教授牵头的科技部国家重点研发计划-生物3D打印项目包括了血管化仿生人工关节的研究，并准备进一步开展相关的临床试验和转化应用。该国家项目汇聚了来自全国各地的生物材料、打印设备和临床医学等研究方向的专家，涉及全国16个研究所的5个调查组。
3D打印生物关节的兴起
戴尅戎院士团队在2003年获得中国第一张个性化人工关节假体注册证，此后，新的个性化关节植入物迭代研究开始向更高的耐用性和生物活性方向发展，其中面临着血管化的难题——无血管长入导致细胞凋亡，是传统组织工程生物型关节假体失效的常见原因之一。
王金武教授团队2021年在《Advanced Functional Materials》发表了一项研究表明，使用聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、甲基丙烯酸明胶(GelMA)制造热响应性水凝胶支架，该支架在体温环境下收缩，无需复杂操作流程即可有效触发微尺度脉管系统的产生，最小直径可达50微米，确保了氧气和营养物质交换。
3D打印生物关节实现血管化©上海第九人民医院
类似的研究成果得益于该团队持续开发用于支持再生组织和器官的生物反应器。体内生物反应器可以在更大程度上模拟体内组织和器官环境，特别是在血管化关节方面。随着打印技术的发展、材料科学的整合和细胞生物学的推动，该团队致力于探索理想的生物3D打印支架，并优化细胞的微环境以促进血管生长。
一项为期 24 周的研究证明了3D 打印关节的耐用性和功效，关节具有光滑、干净的软骨层的。
©上海第九人民医院
再生股骨头软骨与再生软骨下骨完美融合
©上海第九人民医院
克服医疗植入挑战
在医学转化与临床应用方面，上海九院成立了中国第一个3D打印接诊中心，研究人员多方面自主构建并实现了世界领先的技术平台，包括数字仿生模型的建模软件、适用于不同组织的生物墨水、生物打印骨与软骨细胞存活维持系统等。
戴尅戎院士王金武教授团队在2018年牵头制定并发表了涵盖3D打印医疗器械的设计、制造和使用的专家共识。然而，临床转化的最后一公里不仅牵涉到创新技术应用的风险，还会受到尚未及时更新的医疗器械注册法规的阻碍。在2019年，该团队获得了注册人制度下第一张隶属上海交通大学的科研型企业转化的3D打印医疗器械注册证，由此成立上海交大创新器械注册中心以服务科研转化。
生物3D打印中心开发的机器人©上海第九人民医院
为未来制定蓝图
通过政府、大学、医院和行业之间的协同合作，王金武教授团队正在构建一个由3D打印个性化医疗数据驱动的云平台，预计将为至少25,000例患者提供服务。
除了生物打印机和原位打印机器人的研制外，该团队还开展实时细胞活动监测、支持细胞发育的细胞存活维持系统以及用于体外药物筛选的生物打印组织模型的研究，这些研发得到了国家重大科技基础设施（上海）的支持，该中心作为大型高端医疗设备关键技术转化的综合研究机构，可同时容纳100个研究小组进行药物和设备的研发。
该3D生物打印机配备了针对不同组织类型的喷嘴
©上海第九人民医院
临床转化型科学研究虽由创新驱动，但须符合伦理和临床安全要求，该团队已牵头制定了包括生物打印医疗器械在内的多项医学3D打印的相关标准，可作为安全和功效管理的国际参考，此外标准制定还须面向未来，以符合快速的技术创新要求。
国家转化医学中心（上海）©上海交通大学
专家介绍
王金武，主任医师，医学博士，主任医师，教授，博导。现任上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师，上海交通大学生物医学工程学院教授，教育部数字医学临床转化教育部工程中心副主任，民政部智能控制与康复技术重点实验室副主任，转化医学国家重大科技基础设施（上海）创新医疗器械注册研究与临床转化服务中心主任，转化医学国家重大科技基础设施（上海）-数字医学与生物3D打印实验室主任，上海市卫计委骨与关节康复医学科重点学科带头人，上海交通大学康复辅具创新中心主任，十三五科技部国家重点研发计划首席科学家，上海市优秀技术带头人，中华医学会上海数字医学专科分会候任主委。先后承担了包括科技部重点研发计划（生物3D打印）、科技部“863”（高精度3D打印装备制造）与“973”（多级微纳骨修复生物材料）子课题、国家自然基金在内的国家级课题7项，省部级课题16项；同时领衔民政部3D打印康复辅具标准研究课题和上海市人民政府康复辅具产业发展策略研究课题各一项，参编专著20部（主编1部，副主编5部），在上海交大设立数字医学与3D打印前沿医工交叉转化研究生课程，第一作者发表包括SCI论文70余篇（其中Nature与Science旗下子刊共3篇）。
在戴尅戎院士的指导与支持下，率先申请到国内第一个3D打印医疗器械注册证，也是注册人制度下科研机构申请到的国内首张医疗器械注册证。
专长：复杂的肩关节周围骨折的微创治疗；肩关节镜下肩袖损伤与肩关节不稳的微创治疗；肩肘关节置换；3D打印康复辅具与骨关节内植物3D打印的临床转化，通过显微外科和定制式人工关节技术进行肩关节肿瘤的保肢治疗。
Nature 采访原文：https://www.nature.com/articles/d42473-021-00400-3
中文转载自：上海增材制造协会
图片转载自Nature 采访原文
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