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3D生物列印進化 複製器官將成真

2017-06-18 07:39經濟日報 洪長春、專利布局情報分析團隊

3D生物列印示意圖。圖/REUTERS
3D生物列印示意圖。圖/REUTERS
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3D生物列印是近年來在生物醫學領域很夯的熱門話題。所謂3D生物列印就是利用3D列印技術,以生物相容性材料和活細胞為材料,列印出複雜三維功能性組織結構,這些列印出來的功能性組織或器官,可以應用到器官移植、藥物篩選等領域。

例如在器官移植方面,解決捐贈器官數量不足、移植配對成功機率低,以及受贈患者須終身服用抗排斥藥等諸多缺點。藥物篩選則可避免新藥開發時進行動物實驗,甚至是人體實驗。

3D生物列印最終目標是列印活體器官,但面對組織工程中血管生成的關鍵問題,例如骨髓間充質幹細胞(MSC),膠原纖維細胞,內皮細胞(EC)等因素之影響仍需進一步解決,目前大多存在於實驗室階段,多數成果都是簡單生命體或是細胞組織列印,如3D生物列印人工肝臟。

目前3D生物列印在人體植入物,具有產業化前景主要是藥物篩選、骨骼、骨關節列印和血管支架。其中骨骼、骨關節植入物列印是受到重視的領域,主因人口老化,年齡相關疾病如退化性關節炎、骨質疏鬆等症狀之數量也在增加,加上運動傷害的風險,骨關節炎和類風濕性關節炎都會影響自由活動中滑膜關節的結構,例如髖,膝,肩,踝和肘,特別是髖部和膝蓋負重關節的疼痛對走動功能的影響很大。

目前已研究的人工骨主要集中在兩類:一類是以硫酸鈣、碳酸鈣、磷酸鈣以及羥基磷灰石(HA)等為代表的無機鈣鹽,另一類是以有機高分子材料為代表的生物聚合物。據SmarTech預測,未來3D列印植入物是3D列印醫療裝置中規模最大應用市場,其中骨科植入物是市場價值中最大的可植入裝置部分,主要可分三類別,分別為關節植入物、脊柱植入物及創傷植入物(如骨板、骨釘等)。

2016年全球骨科植入物市場規模達419億美元,其中關節植入物為229億美元、占54.7%;脊柱植入物為113億美元、占27%;創傷植入物為77億美元、占18.3%。若依解剖位置市場可細分為:關節(膝關節、髖關節)植入物、脊柱(內固定、微創)植入物、肩頰骨植入物、顱頜面(下頜骨、顱骨)植入物、足踝(足踝截骨關節、腳趾骨)植入物等。

從專利申請的年代來看,根據國研院科政中心分析美國專利局之專利,目前3D列印各類骨科植入物,依解剖位置來看:肘部/膝蓋關節在2004年,肩關節在2010年,頭骨/顱骨及下頜骨重建是在2011及2012年之間,脊柱關節及髖關節是2012年以後才開始申請專利。植入物材料最早是2000年含磷灰石材料,2007年的鈣基金屬/合金,可降解高分子複合材料是2014年才申請專利。

2016年3月Amedica公司公布氮化矽脊柱融合器植入物研發,將緻密的氮化矽陶瓷材料,透過電腦輔助設計得到產品結構圖形,並採用3D列印的自動注漿成型技術,將陶瓷漿料的逐層擠出成型製備出複雜的陶瓷三維結構。

由於人體骨骼處於充滿潮濕、溫暖和鹽水的環境,這樣的環境具有一定的腐蝕性,並會影響植入物與人體骨骼的結合程度和植入物的使用壽命。

Amedica公司表示,氮化矽材料具有穩定性、耐磨性、強度和斷裂韌度、抗菌性可滿足植入物製造的要求。美國FDA即將公布首個3D列印氮化矽脊柱融合器的審批結果,對於自動注漿成型的3D列印技術可製造複雜陶瓷植入物打開未來之門,對於老年人骨骼退化或骨骼受傷者將創造新生機。

(作者是科技政策研究與資訊中心專利布局研究團隊研究員)

STPI簡介

國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心(STPI)成立於1974年,長期以來專責於我國科技研究發展所需資料之蒐集、建置、分析、處理與服務等事務。近年來在既有之資訊資源基礎上,強化趨勢研析、關鍵議題發掘、專利情報分析、創新創業推動等能量,並協助政府擘劃我國科技發展之願景與策略,以朝向專業之科技政策研究智庫邁進。

專利布局情報分析團隊

本團隊積極建立智財政策與經營策略、專利總體趨勢統計、技術競爭動態、專利訴訟及專利聯盟與標準組織等研究能量,透過系統化蒐集整理,並長期分析追蹤相關技術及公司發展之趨勢、專利佈署相關概況,提供產官學研界研發決策參考。

3D列印

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