郝永强：3D打印器官的人
时间：2023-09-06 09:59 来源：经济观察报 作者：admin 阅读：次
他拥有了另一个身份——上海市医学3D打印技术临床转化工程研究中心主任。在3D打印中心的走廊上，陈列着各种打印出来的骨骼假体和模型。从3D金属打印机里打印出来的一个个金属假体被植入患者的体内，成为连接、承托患者躯体及四肢关节的重要部分。
3D打印的个性化金属植入物不仅可以用在骨盆、髋、膝、肩、肘、腕、踝等全身骨关节和巨大骨缺损修复重建等复杂骨科手术中，还已经应用在口腔科、眼科、整形外科、胸外科、神经外科、五官科等学科。“这项技术也许对常见疾病来说是锦上添花，但对复杂、难治性疾病来说，是绝对的雪中送炭。”郝永强说。
郝永强仍记得10年前自己做的第一例3D打印金属假体手术。那是一位40多岁的上海籍骨盆恶性肿瘤患者。术中借助3D打印手术导板，精准、完整切除骨盆肿瘤后，一只“量身定制”的3D金属打印的个性化人工半骨盆假体被植入患者体内。手术前，患者给郝永强提了一个特殊的要求，希望手术后还能开车，他喜欢旅游，希望还能有自己驾车出游的机会。令人欣喜的是，做完手术后一个礼拜，患者就能下床行走，而在过去，半骨盆置换手术病人要在床上躺三个月左右。
近10年过去，这位患者不仅可以开车，其他功能也与正常人无异。这位老朋友总是给郝永强发来自己在全国各地旅行的照片。郝永强兴奋地打开朋友圈展示——当年的那位病人最近正在带着妻子在西藏自驾游。
在20世纪80年代之前，骨盆肿瘤患者为了保全生命，只能接受患侧半骨盆及下肢1/4截肢。“这意味着不光是腿截掉，一边屁股都拿掉了”，郝永强说，术后坐着都困难，更谈不上站立和行走。20世纪80年代后，虽然相继出现各种保肢方法，但有一半患者都会出现骨不愈合、感染等并发症，且失败率高，肿瘤复发率较高。
如今，3D打印个性化金属假体手术已经十分成熟。郝永强选择继续向生物打印进发，3D打印患者干细胞。打印器官，让器官再生，也被郝永强列入到未来的打印计划中。
从“削足适履”到“量体裁衣”
2010年前后，3D金属打印技术逐渐兴起，这让中国工程院院士戴尅戎和弟子郝永强兴奋不已——这是他们寻找几十年的关键性技术。
2013年，戴尅戎为上海第九人民医院引入第一台3D打印机，这也是金属3D打印机首次进入医院。
在九院开设的医工结合门诊里，郝永强还要求工程师们也进到诊室中，了解患者病痛与需求。医生与工程师反复讨论后，通过计算机模拟出骨盆肿瘤的边界及肿瘤切除后的骨盆缺损状况，设计并3D打印一个订制的1：1骨盆肿瘤模型、手术导板及金属假体。手术前，通过3D金属打印机打印出1：1的骨骼模型，医生可以根据模型制定科学的个性化手术规划，避免损伤重要血管、神经及脏器。手术中，医生在3D打印个性化手术导板的辅助下操作，导板可精确地引导医生确定手术切除方向和位置，将肿瘤精准切除。肿瘤被切除后，就可以为患者植入这个“量身订制”的个性化金属假体。这也被称为3D打印“三部曲”。
为了使假体与患者骨骼更好地融合，郝永强还在假体表面设计、制备了金属骨小梁，骨头可以长到打印后的金属里，使二者融为一体。这是传统模式制造的人工关节无法做到的。
这是一项“被逼出来”的发明，在3D金属打印技术出现之前，骨科疾病患者长期面对的残酷现实是，一些疾病根本没有可用的假体，即使有，也不够精准合适，许多患者都只能截肢。
郝永强介绍，早期，同一款假体几何形态基本一致，仅有不到十种尺寸。随着假体设计不断改进，开始出现多规格的假体连接部件，并在连接部设计了更多的调节接口。但即便如此，还是难以实现最优化重建，尤其对存在严重解剖畸形、肿瘤及翻修手术的患者。
比如骨盆肿瘤病人，每个患者病变与切除范围存在较大不确定性，为了保障切除肿瘤手术彻底，医生需要采用扩大切除术，一般骨盆缺损的范围会比较大，这就增加了骨盆修复重建难度。因此，长久以来，骨盆肿瘤被视为骨科手术的“禁区”。
这让郝永强感到残酷又可惜，但并没有企业能够生产制造精准的个性化假体。“我们就自己研发，硬着头皮做。”上世纪80年代，戴尅戎及其团队开始了定制型骨关节假体研发、应用及转化之路。为了更好地匹配患者的需求，戴尅戎及其团队从90年代初就开始将3D打印技术率先用于定制型骨关节研发，打印骨骼模型辅助假体设计。
那时，没有3D金属打印技术，假体是用工业机床“车”出来的，制造过程慢，也并不精准，且浪费材料。有时候假体做好了，病人的肿瘤也长大了。
当3D金属打印技术的出现和几十年积累的个性化定制经验叠加，一切都“毫无迟疑，顺理成章”。2013年，上海九院3D打印技术临床转化研发中心成立，2016年升格为上海交通大学医学3D打印技术创新研究中心。目前，郝永强已经做了几百台3D打印金属假体手术，无一例失败。
一只脚在医院 一只脚在法院
郝永强对第一台3D打印金属假体手术仍然印象深刻。那台手术在2014年实施，全世界没有先例，一切都需探索，医生心理上需承受巨大的风险，一旦失败就可能会惹上官司。郝永强形容“一只脚在医院，一只脚在法院”。
郝永强记不清与工程师讨论了多少次设计方案，但他记得十年前那天自己的心绪，没有预想中的兴奋与激动，更多的是谨慎。下了手术台后，郝永强来不及休息，连忙将新闻稿写出，转交记者，疲惫的身体才不由地兴奋起来——这是一台世界首例、将颠覆传统治疗模式的手术。
当晚12点，一串电话铃声将郝永强惊醒，老师戴尅戎的声音从电话那头传来，“先把稿子撤回来吧，因为我们不知道这个病人情况怎么样，毕竟是个新的技术……”当天凌晨，这篇新闻稿被撤回。这让郝永强有些遗憾，但他能理解老师作为医学科学家的严谨。
早在1995年，郝永强还在读博时，便一直跟随导师戴尅戎做关于人工假体的研究。他自问：戴老师那么多学生，为什么其他学生没有坚持下来？医生擅长的是医学领域，而医工结合意味着不仅要学工科，还需要和企业等方方面面打交道，郝永强直言“太难了”。
更大的难点在于不被理解。“全世界都没有这样的东西，你们为什么要做？”不仅是外界，就连医学同行们也不能理解：只要打个电话，就有大量器械送到跟前，为什么要自己搞创造发明？就像商店里到处都是衣服，挑一件穿不就行了吗？为什么要自己做？
“但我们必须做，做出合身的衣服。”郝永强十分坚定。
过去，中国的医疗器械注册证一般只颁给企业，医疗机构并没有拿到医疗器械注册证的先例。在取证之前，只能通过科研方式做创新手术，通过病人和伦理委员会的同意后实施手术，“我们只能用成功的手术来证明”。
郝永强需要花大量的精力来解释和沟通。手术室的护士们对标准化的医疗器械轻车熟路，但对个性化的医疗器械并不算了解。甚至连手术室安保也阻拦他——没有正规批号的3D打印器械不能进入手术室。郝永放弃了许多休息日，与各个环节做工作。
他理解每个人的担忧：这对每一个部门和环节，都是0-1。如果出了问题，人家可能要因为与自己不相关的所谓创新丢掉“饭碗”。
一张珍贵的证书至今仍被展示在3D打印创新中心走廊的显著位置，2020年1月1日，国家药监局和国家卫健委联合发布《关于发布〈定制式医疗器械监督管理规定（试行）〉的公告》。次日，上海九院骨科拿到了新规实施后的第一张个性化骨盆假体备案许可证。
最初，许多骨科同仁对这项创新技术也持抵触态度。大家都喜欢用已经掌握、自己最熟悉的技术，而新技术需要重新学习和摸索。郝永强说，一路走来，如同“闹革命”，有紧紧跟随的铁杆，也有持观望怀疑态度的，当然，也有冷眼旁观的。
早期郝永强在全国做演讲时，听众寥寥，因为“觉得离自己太远了”。从被质疑到慢慢被理解、被接受、被跟随的过程，郝永强花了近20年。现在，隔三差五就有全国各地的医院院长带队来参观学习，上海交通大学医学3D打印创新研究中心也在全国26个省建立起了80多家3D打印分中心。
打印未来
硬件、技术、合规性等问题逐一解决后，人才成了头等难事。
郝永强介绍，上海九院骨科里十几位打印工程师都是从全国各地招聘而来的，但仍然无法满足患者源源不断的需求。即使在上海，愿意投入到医学打印领域的人也非常少。郝永强说，因为要重新学习医学知识非常难，没有情怀很难坚持。
为此，郝永强选择从学科建设入手，试图解决问题。郝永强去过国内很多大学，协助一些学校申请和报批打印专业，但更现实的问题在于，毕业生们更愿意去企业。目前，3D打印关节的价格与普通的关节几乎一致，无法提供高工资与回报。这也导致这个领域里的流动非常大。一些技术人员可能具备一定能力后，就选择跳槽或自己出去办企业了。
郝永强今年的目标是在全国建成100家3D打印分中心。“明年要开到国外去！”在疫情之前，墨西哥城最大的骨科医疗器械商飞到上海找到郝永强，想要在墨西哥建立3D打印分中心。这也提醒了郝永强，应该到国外去建设分中心。“以前我们都是接受国外的先进技术，现在到了有能力向国外输出自己的创新技术，该有这个自信了！”
但产业化成了难题。上海九院位于上海闵行区浦江镇的打印中心面积有将近3000平方米，但仍然远远满足不了全国分中心的需求。“我们需要大量的工程师，大量的打印机，大批量的生产能力，才能够满足全国甚至是未来世界的需求。”郝永强说。
对产业化的渴求也是在为3D打印在再生医学上的应用及推广铺路。郝永强希望生物3D打印的转化、落地能尽可能地再快一些。2021年12月28日，郝永强生日的当天，他实施了世界第一例生物3D打印个性化活性骨修复骨缺损手术。载有患者自体促成骨与成血管等活性生长因子的活性骨被植入缺损部位，慢慢降解并释放出活性生长因子，与缺损区域周围骨组织内的细胞相互作用，能够促进血管和骨的新生。他有些自豪：生物打印的概念在2003年就在世界提出了，是中国人把它率先应用到临床上的。
郝永强对生物打印的未来充满畅想：2019年，美国打印出了能缩张的肺泡单元，以色列打印出了能跳的心脏单元。“如果有几百万或者几亿个这样的单元，就可以组成肺脏、心脏了！”“美国的一所大学已经打印出了肾脏的外形，但是还不能分泌小便。”郝永强显得有些兴奋，我们离打印心脏、肾脏越来越近了。郝永强相信，以打印活性组织细胞、器官为代表的生物打印有望在不久的将来大规模应用于人体，将会对人类的健康做出巨大的、前所未有的贡献。
“器官衰竭威胁生命时，可以用自己的细胞打印所需的器官。未来每个人多活30年，也许不再是梦想。”郝永强说。
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