3D 打印近年成為 IT 界熱點,在一片虛擬和數據化科技大勢下,切入現實世界的 3D 打印科技就相當另類,但對一般人而言卻感到更貼身和真實。去年 Gartner 發表的 2014 年十大戰略性 IT 技術,3D 打印就有入圍,預計在 2014 與 2015 年,3D 打印機的銷量將增加 75% 和 200%。
3D 打印掀醫療革命
目前 3D 打印技術的應用主要集中於產品設計和原型產品的製作、製造流程中的夾具和固定裝置,以及對成品的大規模訂製等工業用途。但其實 3D 打印的可塑性非常高,只要想得出來就有可能。 Gartner 預期未來3D打印的應用將涵蓋建築、國防、醫療產品和珠寶設計等領域。隨著儀器和材料的成本和複雜性將下降,人們將可更方便地製作 3D 打印物品。其中醫療是最受關注的發展方向之一,藉由 3D 打印可在不同範疇中協助醫護人員和傷者,提供更佳的醫療體驗。
手術引入 3D 打印技術
早前英國 29 歲男子 Stephen Power,就接受了 3D 打印技術重塑因車禍造成嚴重顏面傷殘的臉部骨架,成為全球首宗在手術演練和手術進行都使用 3D 打印技術的病患。2012 年 Stephen 因車禍而臉部重創,造成頭骨、頰骨、眼窩、上顎、鼻樑骨頭斷裂,手術後臉部嚴重變形,左眼凹陷,鼻子變歪,嘴巴也很難閉緊。 威爾斯莫里斯頓醫院(Morriston Hospital)與外科應用重建技術中心(Cartis)合作,藉助 3D 列印技術來重塑他的頭骨。醫療團隊先以電腦斷層掃描 Stephen 的頭骨得出原形,再以此製作列印出3D對稱的頭骨模型,讓醫師在手術前先練習,如何在他的頭骨植入 L 形鈦金屬支架以重塑臉部。 經過 8 小時手術後,Stephen 的臉部被植入 L 形鈦金屬支架,鎖上頭骨塑形。手術後面容與毀容前九成相似,醫療團隊指 3D 列印技術能提供實際的模組,讓醫師不必憑空想像,使重建效果更有效可靠,使各種因意外而毀容的傷者有了新的曙光。
打印義肢救助非洲難民
其實將 3D 打印用於醫療上已非首次,目前 3D 打印在醫療生物行業的應用主要包括三個方面。首先是體外醫療器械製作,體外醫療器械包括前述手術中的醫療模型,還包括醫療器械,如義肢、助聽器、齒科手術模板等。 根據美國組織 AmputeeCoalition 統計,目前美國正有約 200 萬人使用 3D 打印的義肢。傳統義肢製作不僅需時,尺碼也難免不能滿足所有傷殘者需要,透過掃描和電腦模擬,就能 3D 打印出符合使用者體型尺吋的義肢,不僅提高了舒適度,更能降低成本和加速製作。 美國慈善研究機構「非不可能實驗室」(Not Impossible Labs)就研究透過 3D 打印方式,在非洲內戰頻仍的蘇丹,為因戰禍而傷殘的難民製作 3D 義肢。目前每具義肢成本約 100 美元,在 6 個小時內可以印好,不僅成本更低也加速了製作過程,使更多難民能有機會受惠。計劃為非洲戰爭難民帶來希望之餘,也為 3D 打印在醫療應用上翻開新一頁。
印出人體器官
因為3D打印產品可根據確切體型匹配定製,因此不僅可用於義肢製作,甚至可製造植入人體的軟體組織以至器官。人體器官出現毛病,器官移植是最常見解決方法。但器官捐贈者向來不足,而接受移植後亦常見有排斥癥狀,這些問題都令很多患者得不到醫治機會。 現實裡不像漫畫可以用煉金術製造器官,但卻可以用 3D 打印做到。去年生物打印機製造商 Organovo 就成功印製活體組織,以人類細胞成功製造出功能正常的肝臟組織,甚至會分泌解毒酵素。雖然細胞只在實驗室存活了 5 天,仍被視為重大突破。目前無法真正做出一顆可用的肝臟,至少在手術準備階段已經發揮了作用,不只肝臟,其他如心臟、腎臟等也都可比照辦理,在教學或研究方面也能產生新的應用。 哈佛大學 Wyss 仿生工程研究所的科學家們早前亦宣稱,成功透過 3D 打印技術列印出,組織結構與多種類型的活細胞在細胞外基質(Extracellular matrix)中組合,組合成具有生物特徵的血管組織,並以此為基礎繼續組成更為複雜的生物組織系統。相比器官,3D 打印製造的血管和動脈就很可能在可見將來,率先應用於手術之中,長遠更有助緩解器官捐贈短缺的問題。
植入假骨減少痛苦
除了以細胞直接打印器官,3D 打印也有用於一些植入矯正設備。對人體身體部位的複製是高度定製化的產品,通過3D打印,這些部件可以與身體完全契合,與身體融為一體。以骨骼為例,當人體的某塊骨骼需要置換,便可掃描對稱的骨骼再打印出相應的骨骼,最後通過手術植入人體內。 3D 打印骨骼技術已於 2013 年被中國正式批准進入臨床觀察階段,目前北京大學第三醫院已有近 40 位患者植入了 3D打印出的「骨骼」。該院在脊柱及關節外科領域,研發出 3D 打印脊柱外科植入物,其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖關節三個產品已經進入臨床觀察階段。 這種 3D 打印的假骨有助將周邊的骨頭吸引過來,使人體骨骼和植入物結合,促進患者康復。目前使用 3D 打印骨骼的患者恢復情況非常好,在很短時間內骨細胞已經長進到打印骨骼的孔隙裡面,而假骨材料則會由人體吸收後排出。由於傳統鋼釘等設備需要再以手術取出,令病人有不必要的痛苦,3D 打印骨骼技術就能減少骨折病人的痛楚,並加快痊瘉。
人體打印惹道德爭議
各種案例都顯示 3D 打印的醫療應用正在實現。理論上,只要假以時日,打印出一整個人體出來亦不無可能。既然漫畫裡,煉成人體都有道德問題,那現實中打印出一個人類自然也備受爭議。 目前幹細胞研究也面對類似的阻礙,宗教界對幹細胞是否有生命、研究是否在觸及神的領域,一直有所爭議。當 3D 打印活體技術繼續發展,勢必遇上相同甚至更強的阻礙。科幻故事的橋段逐漸成真,相信類似的道德爭議會陸續有來。在人類生命愈來愈「人工化」下,而醫療相關法律也將有更大的變化。