2021年9月23日，《Nature》官網(wǎng)發(fā)布了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院戴尅戎院士、王金武教授團隊的生物3D打印項目專訪。該團隊長期致力于醫(yī)學(xué)3D打印研究，包括3D打印術(shù)前模型、手術(shù)導(dǎo)板、植入物以及生物打印關(guān)節(jié)假體。他們的工作旨在改善中國估計1.4 億關(guān)節(jié)疾病患者和每年約70萬例關(guān)節(jié)置換手術(shù)的醫(yī)療效果。

　　傳統(tǒng)關(guān)節(jié)假體可能在10年內(nèi)發(fā)生松動、斷裂和感染等，從而導(dǎo)致假體失效和翻修手術(shù)。“生物3D打印在創(chuàng)造具有生理結(jié)構(gòu)功能并能自我修復(fù)的組織器官方面，已經(jīng)成為了一個極富有臨床轉(zhuǎn)化前景的工具，” 王金武教授介紹說， “然而目前也存在很大的挑戰(zhàn)：除了高精度打印的要求外，還需制備優(yōu)良特性的生物墨水以及構(gòu)建生物活性微環(huán)境。”

　　王金武教授牽頭的科技部國家重點研發(fā)計劃-生物3D打印項目包括了血管化仿生人工關(guān)節(jié)的研究，并準備進一步開展相關(guān)的臨床試驗和轉(zhuǎn)化應(yīng)用。該國家項目匯聚了來自全國各地的生物材料、打印設(shè)備和臨床醫(yī)學(xué)等研究方向的專家，涉及全國16個研究所的5個調(diào)查組。

　　/ 3D打印生物關(guān)節(jié)的興起

　　戴尅戎院士團隊在2003年獲得中國第一張個性化人工關(guān)節(jié)假體注冊證，此后，新的個性化關(guān)節(jié)植入物迭代研究開始向更高的耐用性和生物活性方向發(fā)展，其中面臨著血管化的難題——無血管長入導(dǎo)致細胞凋亡，是傳統(tǒng)組織工程生物型關(guān)節(jié)假體失效的常見原因之一。3D打印生物關(guān)節(jié)實現(xiàn)血管化?上海第九人民醫(yī)院一項為期 24 周的研究證明了3D 打印關(guān)節(jié)的耐用性和功效，關(guān)節(jié)具有光滑、干凈的軟骨層的。

　　王金武教授團隊2021年在《Advanced Functional Materials》發(fā)表了一項研究表明，使用聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、甲基丙烯酸明膠(GelMA)制造熱響應(yīng)性水凝膠支架，該支架在體溫環(huán)境下收縮，無需復(fù)雜操作流程即可有效觸發(fā)微尺度脈管系統(tǒng)的產(chǎn)生，最小直徑可達50微米，確保了氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)交換。

　　類似的研究成果得益于該團隊持續(xù)開發(fā)用于支持再生組織和器官的生物反應(yīng)器。體內(nèi)生物反應(yīng)器可以在更大程度上模擬體內(nèi)組織和器官環(huán)境，特別是在血管化關(guān)節(jié)方面。隨著打印技術(shù)的發(fā)展、材料科學(xué)的整合和細胞生物學(xué)的推動，該團隊致力于探索理想的生物3D打印支架，并優(yōu)化細胞的微環(huán)境以促進血管生長。

　　?上海第九人民醫(yī)院再生股骨頭軟骨與再生軟骨下骨完美融合

　　?上海第九人民醫(yī)院/ 克服醫(yī)療植入挑戰(zhàn)

　　在醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化與臨床應(yīng)用方面，上海九院成立了中國第一個3D打印接診中心，研究人員多方面自主構(gòu)建并實現(xiàn)了世界領(lǐng)先的技術(shù)平臺，包括數(shù)字仿生模型的建模軟件、適用于不同組織的生物墨水、生物打印骨與軟骨細胞存活維持系統(tǒng)等。

　　戴尅戎院士王金武教授團隊在2018年牽頭制定并發(fā)表了涵蓋3D打印醫(yī)療器械的設(shè)計、制造和使用的專家共識。然而，臨床轉(zhuǎn)化的最后一公里不僅牽涉到創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險，還會受到尚未及時更新的醫(yī)療器械注冊法規(guī)的阻礙。在2019年，該團隊獲得了注冊人制度下第一張隸屬上海交通大學(xué)的科研型企業(yè)轉(zhuǎn)化的3D打印醫(yī)療器械注冊證，由此成立上海交大創(chuàng)新器械注冊中心以服務(wù)科研轉(zhuǎn)化。生物3D打印中心開發(fā)的機器人?上海第九人民醫(yī)院/ 為未來制定藍圖

　　通過政府、大學(xué)、醫(yī)院和行業(yè)之間的協(xié)同合作，王金武教授團隊正在構(gòu)建一個由3D打印個性化醫(yī)療數(shù)據(jù)驅(qū)動的云平臺，預(yù)計將為至少25,000例患者提供服務(wù)。

　　除了生物打印機和原位打印機器人的研制外，該團隊還開展實時細胞活動監(jiān)測、支持細胞發(fā)育的細胞存活維持系統(tǒng)以及用于體外藥物篩選的生物打印組織模型的研究，這些研發(fā)得到了國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）的支持，該中心作為大型高端醫(yī)療設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)化的綜合研究機構(gòu)，可同時容納100個研究小組進行藥物和設(shè)備的研發(fā)。該3D生物打印機配備了針對不同組織類型的噴嘴

　　?上海第九人民醫(yī)院國家轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心（上海）?上海交通大學(xué)

　　臨床轉(zhuǎn)化型科學(xué)研究雖由創(chuàng)新驅(qū)動，但須符合倫理和臨床安全要求，該團隊已牽頭制定了包括生物打印醫(yī)療器械在內(nèi)的多項醫(yī)學(xué)3D打印的相關(guān)標準，可作為安全和功效管理的國際參考，此外標準制定還須面向未來，以符合快速的技術(shù)創(chuàng)新要求。