醫(yī)療保健是3D打印技術應用擴散最快的領域之一。事實上，迄今為止，3D打印已經(jīng)成為用于制造為特定患者定制的助聽器和牙科矯形器的主導技術。而且越來越多的醫(yī)生開始利用3D打印技術為患者量身定制植入物和用于顱頜面（CMF）重建和膝、 髖關節(jié)置換的裝置。當然，這只是增材制造在醫(yī)療領域應用的開始，人們的目標之一是要實現(xiàn)3D打印器官和針對不同的患者開發(fā)個性化的藥物。
在醫(yī)療保健領域，正在將3D打印用于醫(yī)療產(chǎn)品制造的知名公司之一是強生公司，該公司是不折不扣的巨無霸，其在全球57個國家擁有250家子公司，總市值高達3238億美元。據(jù)了解，該公司的3D打印骨科植入物幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)在了市場上。除此之外，強生公司還在跟3D打印領域的一些知名企業(yè)，比如惠普、Carbon、3D Systems、Organovo及Materialise等進行合作。
近日，有行業(yè)媒體采訪了這家巨無霸，全面了解了3D打印技術在該公司的應用現(xiàn)狀與未來相關計劃。
3D打印醫(yī)療植入物及裝置
3D打印技術最早一直是制造商在產(chǎn)品設計過程的一種原型手段。但是幾年前，強生公司下屬的DePuy Synthes公司就已經(jīng)開始使用該技術來為特定病人定制醫(yī)療器械和植入物了。
“我們在骨科市場有一個被稱為TRUMATCH的產(chǎn)品線，其中包括了用于CMF手術的植入物和手術導板，以及用于膝關節(jié)的截骨導板，這些如今都已經(jīng)實現(xiàn)了個性化。這些個性化的裝置往往具有復雜的幾何形狀，可以根據(jù)CFM手術的實際需求按需提供。”強生公司制造工程與技術全球副總裁Joseph Sendra說。
TRUMATCH CMF使用病人的CT掃描數(shù)據(jù)，然后臨床工程師可以據(jù)此創(chuàng)建基于特定患者的植入物和手術導板。除了植入物能夠與病人的解剖結構相匹配可以減少并發(fā)癥之外，手術導板也能夠在手術過程中幫助指導醫(yī)生切骨和準確定位植入物，從而使醫(yī)生能夠減少手術過程中的不確定性，并減少手術時間。這些定制化的植入物復雜的幾何形狀往往只有使用3D打印才能夠實現(xiàn)?！?/p>
其TRUMATCH Knee同樣是根據(jù)患者腿部的CT數(shù)據(jù)來制造個性化的膝關節(jié)手術導板。這一過程是跟3D Systems公司合作完成的，兩家公司已經(jīng)建立了長期合作關系。其中所有的外科導板設計、與外科醫(yī)生的溝通和整個產(chǎn)品生命周期管理，都由該公司設在美國印第安納州的一個專門小組來負責。設計的電子文件經(jīng)過外科醫(yī)生批準后，會被安全地傳送給3D Systems公司3D打印出來，然后送回到DePuy Synthes進行最后的組裝、殺菌和裝運。
今年早些時候，DePuy Synthes TRUMATCH CMF宣布擴大與Materialise的合作伙伴關系。在此之外，Materialise已經(jīng)在為DePuy Synthes制造針對特定患者的手術導板，如今它還將為后者供應針對特定患者的顱頜面（CMF）植入物。這些植入物將通過DePuy Synthes TRUMATCH CMF Solutions公司在澳大利亞和歐洲（不包括法國）出售。
除此之外，Materialise公司的ProPlan CMF規(guī)劃軟件也是為TruMatch CMF開發(fā)的，它可以使得該公司的臨床工程師在一個虛擬環(huán)境中配合醫(yī)生制訂手術前計劃、定義植入物的形狀、并設計手術導板，然后生成輸出文件，該文件可以被發(fā)送到3D打印機中，制造出解剖模型或手術導板。通過與DePuy Synthes TRUMACTH CMF的合作，Materialise公司同樣改進了其 ProPlan CMF和Mimics軟件的術前規(guī)劃能力，使外科醫(yī)生能在手術前優(yōu)化他們的規(guī)劃，提升他們在手術室里的精度和效率。
用于醫(yī)學的下一代3D打印技術
客觀地說，要在各個行業(yè)中得到廣泛的應用，3D打印技術還有許多障礙需要克服。醫(yī)療行業(yè)也一樣，這可能是強生為什么要選擇兩家公司來解決與3D打印相關問題的原因吧。這兩家公司就是Carbon和惠普。不過該公司并沒有披露詳細的情況。
眾所周知，Carbon公司的連續(xù)液界面制造（CLIP）技術從兩大方面顛覆了3D打印行業(yè)——打印速度和材料開發(fā)。CLIP技術可以在不到十分鐘內打印完成一個3D對象，而且用CLIP技術制造的3D打印件在經(jīng)過熱固化后會變得更強，從而導致其機械性能類似于注塑成型部件。
今年早些時候，強生公司的兩大子公司強生創(chuàng)新（Johnson & Johnson Innovation）和強生制藥公司公布了在消費、醫(yī)療設備和制藥領域的21個合作伙伴，而Carbon被宣布為其在定制化外科手術設備制造方面的合作伙伴。
Sendra并沒有披露強生公司會如何使用CLIP技術，但是毫無疑問這項技術為實現(xiàn)隔天甚至當天交付3D打印的手術導板打開了大門，從而大幅縮減了手術規(guī)劃與手術之間的時間間隔。而且，想象一下，如果手術裝置能夠在10分鐘內制造完成的話，那就是說醫(yī)生在手術過程中想要什么裝備都能夠即時得到。當然，無論強生公司怎么想，他們在手術中使用的材料、工藝和部件都要經(jīng)過FDA的批準。
而惠普新推出的多射流熔融（MJF）3D打印設備則具備制造批量對象的能力，而且這些3D對象的強度也足以媲美那些注塑成型的零部件。由于MJF技術能夠將功能性墨水沉積到3D打印的零部件當中，惠普的目標是制造出一種3D打印機，這種3D打印機可以沉積導電介質，從而打印出植入式傳感器。
強生公司同樣沒有公開他們將如何使用MJF技術，但是該公司在今年早些時候惠普剛剛推出MJF 3D打印機的時候就公布了雙方的合作關系。而且，Sendra說得很清楚，既與Carbon和惠普的合作目標就是為了實現(xiàn)個性化的醫(yī)療，打造針對特定病人的個性化醫(yī)療設備和相關軟件。
生物和藥物發(fā)現(xiàn)
2014年，強生公司的藥物發(fā)現(xiàn)子公司楊森研發(fā)（Janssen Research and Development，JRD）就開始與迄今唯一上市的3D生物打印公司Organovo就初步合作展開討論。據(jù)當時提交給美國證券交易委員會的文件顯示，JRD將會與Organovo一起“評估在藥物發(fā)現(xiàn)環(huán)境中3D生物打印組織的使用?！?/p>
Organovo主要使用其NovoGen MMX 生物打印機擠出人體組織細胞和水凝膠，使其根據(jù)預訂的3D形狀形成結構，然后再放入孵化器使組織融合在一起。該公司的愿景是實現(xiàn)3D打印可移植的完整器官。但是在短期內，3D打印人體組織會讓制藥公司能夠在更接近于實際的生物環(huán)境中進行藥物測試。
Sendra介紹說，目前該公司主要依靠各種其他解決方案來測試藥物療效，包括“2D細胞培養(yǎng)、尸體、人體組織和人體臨床試驗等。”他解釋說，“你可以想像得到那些非常復雜的審批程序，以及十分復雜的測試過程。”
然而，3D打印的組織會比現(xiàn)有的2D細胞培養(yǎng)更類似于人類患者組織。它們因此可以提供關于一種化學成分如何作用的更為準確的信息，從而加快藥物發(fā)現(xiàn)過程?！斑@主要跟時間有關。”他補充說“你能更快地了解什么有用、什么沒用。對于像我們這樣的公司來說，這是非常令人興奮的領域?！睋?jù)天工社所知，Organovo已經(jīng)通過羅氏制藥研發(fā)部門的一次實驗表明，3D打印的人類肝細胞能夠比2D細胞培養(yǎng)更好地評估藥物毒性。
Sendra繼續(xù)說：“這項技術的價值還在于它提供了一條通向真正活體組織的道路。直到今天，我們沒有其它選擇，沒有任何一種其它方式能夠做到。最終，它將能夠這種生物打印的組織更多地用于藥物發(fā)現(xiàn)。想象一下，如果你可以通過使用替代的組織而非人體測試來加速藥物發(fā)現(xiàn)，那將是一個什么樣的情形？”
以病人為中心的產(chǎn)品戰(zhàn)略
盡管這家醫(yī)療巨頭究竟要如何使用3D打印技術的細節(jié)可能還不明朗，但是綜上所述，強生公司似乎是要通過3D打印技術的應用實現(xiàn)其以病人為中心的產(chǎn)品戰(zhàn)略。Sendra進一步暗示3D打印可以通過分布式制造的方式來為患者量身定制產(chǎn)品，同時降低成本，縮短公司與患者之間的距離。
他總結道：“目前我們很難完全了解這一技術將帶來什么，但是可以肯定的是，這是一個真正不同的未來。這一制造技術使我們能夠以一種非常、非常不同的方式去思考未來?！?/p>