醫療機器產業的戰國時代-3D列印人工器官

刊登日期:2017/3/27
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日本醫療研究開發機構AMED大量採用3D列印技術進行人工臟器製作,兩次元的細胞膜早已產業化,但器官厚度及輸送養分的血管成形化的營運,仍待努力。在人工器官工廠製造生產心臟或腸子,早已不是新聞,在體外先以程式塑型送入產線製造,再把受損的臟器經由手術做零件置換,並且有人工血管提供人工臟器的營養補給。2016年度日本經產省編列41億日圓進行以上工作,由東京大學、富士軟片、CMET公司、JMC、OLYMPUS TERUMO BIOMATERIALS等單位共同參與,目標為技術實用化並將商品量產進入市場。人工臟器生產基地有如工地搭鷹架,協助工程的進行,具有育成使之健康成長的功能。3D列印技術將細胞膜層層堆疊出臟器的立體樣貌後,將人工臟器放在充滿營養的培養液容器中,即所謂的育成區,在此區域也可以製作成形軟骨或心臟等組織部位。

3D列印技術的列印原料為富士軟片的合成人工膠原蛋白和磷酸鈣混成的3D列印專用生醫材料。首先在育成區先行完成外型的製作,也可應用在再生骨骼、皮膚、膝關節等領域。生醫3D列印技術是劃時代的新世代再生醫療產品,3D列印生醫材料育成區先用自己的骨骼培養,育成後,再以手術將損壞的骨骼取出,置換自體培養的健康骨骼組織。過去的人工骨骼因為由鈦和羥磷灰石Mhap等元素組成,代謝問題頗多,並不適合放在手腕、頭部或接近頭顱的部位,有人因此造成臉部塌陷,而與人類骨骼相容的就是合成的人工膠原蛋白,因此合成人工膠原蛋白作為3D列印專用生醫材料,對於再生醫療,特別是骨骼有極大的助益。新的技術突破與材料的大膽嘗試,讓再生醫療正式進入戰國時代的大舞台。

另外,有一種不需要生醫鷹架育成區的複製器官技術,值得一提。大阪大學、東麗公司、理光、協和發酵BIO共同合作製作出3D列印的人工心臟,使用患者的細胞用3D列印方式製作出BIO心肌,製程是將患者自體細胞在育成區進行培養,以37度C高分子固化,使之合一,再將心肌細胞與血管內皮細胞用3D列印方式打印成形,最後目標是客製化的心肌製造工廠。但目前因列印出來的細胞容易受損,所以如何讓輸送管裡面的細胞可以堅固健康,是亟需全力克服的課題。

人工血管已是醫療普遍使用的項目。連結心臟直徑1公分的大動脈在臨床上已使用DACRON高分子人工血管了,過去以來無法突破的瓶頸是,無法做出直徑0.5公分的中口徑人工血管,原因在缺乏合適的材料,得兼具高彎曲、柔軟度、折不斷又不能排斥。近來,Cyfuse Biomedical公司和佐賀大學及京都府立醫學大學,利用3D列印技術共同開發出穩如插花劍山般的細胞塊,可以串花枝丸般連結許多細胞團塊,將之放置在培養皿中能與患者自體細胞合一,希望未來能應用為動靜脈血管bypass手術時需要的人工血管。

台灣醫療暨生技器材工業同業公會黃啟宗理事長說,台灣國立陽明大學、成功大學、中國醫藥學院和台灣科技大學都有3D印表機,未來在醫療器材領域的應用無可限量。台灣匯集全世界最新科技與卓越人才,相對工資較亞洲其他國家低,這類少量多樣客製化的生醫應用材料,是台灣的強項,盼台日連手開拓市場,共創產業新榮景。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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