刘忠军:3D打印背后的创新内涵

在主导3D打印临床应用创新的过程中,刘忠军和他的团队不仅破解了一道道科学难题,同时也推动了临床医学科技创新机制的不断完善。

在刚刚闭幕的两会上,全国人大代表、北医三院骨科主任刘忠军教授和他手中的3D打印颈椎模型,成为一道独特的风景。在经济发展“新常态”的大背景下,“创新”成为万众焦点。刘忠军和他主导的3D打印临床应用,堪称医界创新典范。

在主导3D打印临床应用创新的过程中,刘忠军和他的团队不仅破解了一道道科学难题,同时也推动了临床医学科技创新机制的不断完善。

患者需求是源动力

中国的医用高植耗材对进口依赖程度很高,不少进口耗材价格昂贵。而且,现有耗材难以满足患者的个性化需求。

12岁的小患者明浩患有尤文氏肉瘤,癌变部位位于枢椎。这样的肉瘤切除手术,除了对医生的手术技巧要求极高外,还需要用合适的材料代替切除掉的枢椎,以保证术后小患者的颈部运动功能。

早就关注并致力于3D打印骨科临床应用研究的刘忠军,果断决定使用3D打印人工定制枢椎植入小明浩体内。经过2014年7月18日、7月31日的颈椎后路和前路两次手术,小明浩换上了世界首例应用3D打印技术人工定制的枢椎椎体,目前恢复良好。

相比之前使用传统钛合金网笼支撑的方法,人工定制枢椎能够在完全模拟枢椎复杂形态的同时,增加了支撑面积,提高椎体稳定性,降低并发症。

在挑战人工定制枢椎之前,刘忠军和他的团队已经在相关基础和临床研究方面积累了五年。北京大学第三医院骨科自2009年开始探索3D打印骨科领域应用。在基础研究方面,主要针对3D打印金属微孔的生物学特征进行离体和在体研究,阐述孔径、孔隙率、金属微观表面结构的生物学反应,在国际主要期刊发表了系列论文。

同时,为进一步提升金属的骨整合效应,也在进行表面改性、涂层工艺的探索。

临床研究方面,迄今已完成多项脊柱与关节产品的前期开发与专利申请,并完成了包括人工髋关节、颈椎人工椎体和椎间融合器在内的三项钛合金植入物的临床注册前研究,总计植入3D打印人工假体达78例,上述产品正在进入注册流程。

在谈及灵感来源时,刘忠军对健康界表示:“脊柱肿瘤切除后的结构重建,一直是困扰骨科临床医生的难题。传统工艺生产的内植物,在稳定性和个性化需求方面存在难以解决的缺陷。他在寻求适宜内植物时,发现3D打印与临床需求高度契合,因此锁定了这一研究方向。”

跨界合作渐成常态

在对标准化和个性化医疗内植物研究的过程中,不仅需要医疗团队的支持,还要与材料学专家、机械工程师等很多行业形成紧密的协作关系。在打印材料选择、材料结构设计和力学研究、材料成形后处理等方面,刘忠军整合了北京大学工学院和一些企业资源,共同设计和生产产品。

在刘忠军看来,认识到一些跨界行业的价值是一个渐进的过程。“首先要怀着合作的心态,如果一直觉得别人不行,永远难以迈出第一步。一旦走出去,看到了别人的优势,后面眼界就会越来越宽范,合作也会越来越顺利。”

在尝到跨界合作甜头之后,刘忠军把观察的眼光放得更远,像雷达一样带着临床问题去搜索线索,争取更多的合作。如今,北医三院骨科除了依托北医和北大相关院系,还与包括北京航空航天大学在内的多个院校和企业建立了联系。

产品化路径仍须探索

3D打印的医疗内植物分为标准化和个性化两类。小明浩的人工定制枢椎便是典型的个性化医疗内植物。然而,中国尚未出台个性化医疗内植物临床应用的相关法规,因此,个性化医疗内植物的产业化面临很大阻力。如何能统一各相关部门对这一新事物的认识,成为刘忠军近来思考的重要课题。

“我们不仅要使用和推广3D打印材料,而且还要把它形成产品,更广泛地造福患者。若想产业化,需要一定的评估和管理流程,以保障临床应用的安全性和有效性。这是一个必要的过程,但管控程序要科学合理,让医疗科技创新产品有一条快速通道。缺失的法规更应抓紧制定出台。”面对制度上的空白,刘忠军一边扎实地进行着基础与临床研究,一边用与跨界研究者打交道的良好的心态,通过各种渠道向有关部门呼吁。这正是他拿着3D打印脊柱模型出现在全国两会上的主要原因。


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