三维打印正在改变医疗保健，使医疗领域从大规模生产解决方案转向针对每个患者需求的定制化治疗。例如，研究人员正在开发专为儿童设计的3D打印假手，这些假手使用轻质材料和可适应的控制系统。
这些在3D打印假肢方面的持续进步表明其越来越经济实惠和易于获取。像这种个性化假肢的成功案例突显了3D打印的优势，其中通过计算机辅助设计软件生成的对象模型被传输到3D打印机并逐层构建。
我们是研究3D打印的生物医学工程师和化学家。我们研究这项快速发展的技术如何不仅为假肢提供新的选择，还为植入物、手术规划、药物制造和其他医疗需求提供新选项。3D打印能够以各种材料精确地塑造物体，已经导致了定制关节置换和定制剂量多药片剂的出现。
更好的身体部件
医疗保健中的三维打印始于1980年代，当时科学家们使用诸如立体光刻等技术来逐层创建原型。立体光刻使用计算机控制的激光束将液体材料固化成特定的三维形状。医学界很快看到了这种技术的潜力，可以为每位患者设计专门的植入物和假肢。
最早的应用之一是创建组织支架，这些支架支持细胞生长。波士顿儿童医院的研究人员将这些支架与患者的自身细胞结合，构建了替代膀胱。接受植入的患者在多年后仍然健康，这证明了3D打印结构可以成为持久的身体部件。
随着技术的进步，焦点转向了生物打印，即使用活细胞来创建功能性解剖结构。2013年，Organovo创造了世界上第一个3D生物打印肝脏组织，为创造移植用器官和组织开辟了令人兴奋的可能性。尽管在生物打印方面取得了重大进展，但创造完整的功能性器官（如用于移植的肝脏）仍处于实验阶段。当前的研究集中在开发较小且较简单的组织，并改进生物打印技术以提高细胞存活率和功能。这些努力旨在弥合实验室成功与临床应用之间的差距，最终目标是为需要的患者提供可行的器官替代品。
三维打印已经在假肢制造中引发了革命。它允许假肢制造商生产价格合理且完全适合患者的定制设备。他们可以为每个个体量身定制假手和假肢，并且随着孩子的成长轻松更换。
三维打印植入物，如髋关节置换和脊柱植入物，提供了更精确的适配性，从而改善了它们与身体的整合。传统植入物通常只有标准形状和尺寸。
一些患者在接受事故后接受了定制的钛面部植入物。其他人则用3D打印植入物替换了部分颅骨。
此外，3D打印在牙科领域也取得了显著进展。例如，Invisalign公司使用3D打印来制作牙齿矫正器，展示了个性化牙科护理的能力。
科学家们还在探索3D打印的新材料，例如可以替代受损软骨的自愈生物玻璃。此外，研究人员正在开发4D打印，这是一种可以随时间改变形状的对象，可能引领出能够适应身体需求的医疗设备。
例如，研究人员正在研发可以根据血流变化做出反应的3D打印支架。这些支架设计为按需扩张或收缩，减少了堵塞的风险，提高了患者的长期预后。
模拟手术
三维打印的解剖模型经常帮助外科医生理解复杂病例并改善手术结果。这些模型由X射线和CT扫描等医学图像创建，使外科医生能够在手术前进行练习。
例如，一个3D打印的儿童心脏模型使外科医生能够模拟复杂的手术。这种方法可以缩短手术时间，减少并发症，并降低成本。
个性化药物
在制药行业，制药商可以使用3D打印来制造个性化药物剂量和递送系统。能够精确地分层每种药物成分意味着他们可以制造出每名患者所需的精确剂量。3D打印的抗癫痫药物Spritam于2015年获得美国食品药品监督管理局批准，用于输送非常高剂量的活性成分。
使用3D打印的药物生产系统正逐渐进入社区药店。这些药物有可能在社区药店生产并交付。医院也开始使用3D打印在现场制造药物，允许根据患者的年龄和健康状况制定个性化治疗计划。
然而，需要注意的是，3D打印药物的监管仍在发展中。一个担忧是，打印后的处理可能会影响药物成分的稳定性。还需要明确指导方针并决定3D打印应在何处进行——无论是在药店、医院还是家中。此外，药剂师需要接受这些新系统的严格培训。
面向未来的打印
尽管3D打印在医疗保健领域的整体进展非常迅速，但仍存在重大挑战和机遇。其中之一是需要开发更好的方法来确保3D打印医疗产品的质量和安全性。成本和可及性仍然是重要的问题。长期安全问题，如植入材料的潜在生物相容性问题和纳米颗粒的释放，需要严格的测试和验证。
虽然3D打印有潜力降低制造成本，但设备和材料的初始投资可能对许多医疗服务提供者和患者来说是一个障碍，尤其是在服务不足的社区。此外，缺乏标准化的工作流程和受过培训的人员可能会限制3D打印在临床环境中的广泛采用，阻碍那些最需要的人的访问。
积极的一面是，能够有效利用大量详细医疗数据的人工智能技术很可能在开发改进的3D打印医疗产品方面发挥关键作用。具体而言，AI算法可以分析患者特定的数据，以优化3D打印植入物和假肢的设计和制造。例如，植入物制造商可以使用AI驱动的图像分析，从CT扫描和MRI中创建高度准确的3D模型，用于设计定制植入物。
此外，机器学习算法可以预测3D打印假肢的长期性能和潜在故障点，使假肢设计师能够优化以提高耐用性和患者安全性。
三维打印继续突破界限，包括身体本身的界限。加州理工学院的研究人员开发了一种技术，利用超声波将注入体内的液体变成3D形状的凝胶。该方法有一天可能用于药物输送或组织替换。
总体而言，该领域正在迅速朝着个性化治疗计划发展，这些计划密切适应每个患者的独特需求和偏好，这得益于3D打印的精度和灵活性。
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