未來3D生物打印技術(shù)解析

據(jù)著名投資網(wǎng)站Seekingalpha刊登署名為克里斯弗蘭戈爾德(Cris Frangold)的評論文章稱，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為目前最熱門的新技術(shù)之一，其中3D生物打印技術(shù)發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮?，預(yù)計未來幾年將實現(xiàn)快速成長和創(chuàng)造大量收入。

面向醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療設(shè)備的3D人體組織開發(fā)商和制造商Organovo Holdings正在同云設(shè)計和技術(shù)軟件廠商Autodesk合作開發(fā)首款生物打印3D設(shè)計軟件。

這款軟件將與Organovo的NovoGen MMX生物打印機(jī)配套使用，這表明人類在提高3D人體組織設(shè)計的可用性和功能上向前邁出了重要一步，有可能拓展生物打印用戶的數(shù)量。Organovo的 3D生物打印技術(shù)可以創(chuàng)造3維人體組織，從結(jié)構(gòu)上糾正和構(gòu)成人體細(xì)胞。利用這種方式創(chuàng)造出來的組織可以想原生的人體組織一樣發(fā)揮功能，這也為先進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn) 和開發(fā)提供了機(jī)會，未來還有可能應(yīng)用于臨床治療和組織移植。

Autodesk致力于開發(fā)人機(jī)互動、計算機(jī)圖形和數(shù)字設(shè)計等最先進(jìn)的技術(shù)。它打算將其技術(shù)拓展應(yīng)用到設(shè)計和模擬分子和人體系統(tǒng)的軟件開發(fā)之中。

3D生物打印是什么?

Organovo正在探索利用可以生產(chǎn)機(jī)體組件的材料來打印人體組織以及利用計算機(jī)化可適應(yīng)制造工藝進(jìn)行人體組織移植的新途徑。定制樣品和成品 是利用廉價3D計算機(jī)打印機(jī)生產(chǎn)出來的。這些醫(yī)學(xué)打印機(jī)并不使用擠壓成型的塑料、金屬或陶瓷材料，而是使用活體細(xì)胞材料。這種工藝被稱作快速生物打印。它 是對我們所熟悉的傳統(tǒng)噴墨式打印機(jī)采用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。這些打印機(jī)可以創(chuàng)造出任何形狀的組織結(jié)構(gòu)，比如血管、小塊皮膚和肌肉等等。

Organovo和Autodesk之間的協(xié)同作用

這兩家公司有很大的合作潛力。Organovo的NovoGen MMX Bioprinter是一種全新的、全自動化(定制圖形用戶界面)、專為滿足生物研究和生物打印的各種需求而開發(fā)的軟硬件平臺。從硬件的角度來說，它是一 種強(qiáng)大的工具，使用了最新的技術(shù)，但是它運行在目前最新的軟件平臺之上?？茖W(xué)家們每次想要使用打印機(jī)時，都必須從頭編寫相關(guān)的軟件，這意味著科學(xué)家們要花 大量的時間去調(diào)試軟件，而不是進(jìn)行技術(shù)研究。

Autodesk已經(jīng)成為很多專業(yè)化設(shè)計領(lǐng)域的領(lǐng)軍廠商，可能在過去的20年里被開發(fā)出來的所有產(chǎn)品都是利用 Autodesk的軟件開發(fā)出來的，但是這將是它第一次去開發(fā)能夠創(chuàng)造活體事物的軟件。未來5年內(nèi)實現(xiàn)的第一款應(yīng)用很可能會是準(zhǔn)備用于臨床試驗的簡單組 織。與此同時，Organovo希望通過生產(chǎn)能夠被用于藥品研究、發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的活體組織獲得一個穩(wěn)定而且可持續(xù)的創(chuàng)收源泉。

3D生物打印技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?/strong>

了解3D生物打印技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Φ淖詈棉k法就是對比研究其他技術(shù)的演變歷程，那些技術(shù)可能在20年前完全是不可想象的。雖然技術(shù)不同，但是還是 能夠說明問題的，比如最典型的例子就是平板電腦和智能手機(jī)的發(fā)展歷程。推動平板電腦和智能手機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要動力可能是消費者需要一種多功能的、價格低廉 的、實用性強(qiáng)的便攜式設(shè)備。微軟在2002年率先推出商業(yè)化平板電腦Microsoft Tablet PC，但是并未獲得微軟所希望的成功。8年后，蘋果在2010年推出iPad，這才打破了技術(shù)上的壁壘。如今，平板電腦已經(jīng)在全球市場暢銷，預(yù)計它的銷量 很快就會超過筆記本電腦。

3D打印技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)今最熱門的新技術(shù)之一。3D打印技術(shù)最早可追溯至1984年。這種技術(shù)按照摩爾定律不斷向前發(fā)展，同時成本則在不 斷下降，逐步降低到主流公司能夠使用3D打印機(jī)的程度。在過去的2年里，3D打印領(lǐng)域的市場領(lǐng)先者3D Systems和Stratasys一直是最熱門的兩家公司。3D打印公司近幾年一直在迅猛發(fā)展。預(yù)計3D打印機(jī)是今年1月初召開的拉斯維加斯CES展會 上風(fēng)頭最勁的話題。3D Systems的股票自今年年初以來已經(jīng)上漲了15%。

預(yù)計3D打印行業(yè)將在近幾年實現(xiàn)快速成長和創(chuàng)造大量收入，因為越來越多的公司開始采用這種技術(shù)。如今，象福特、波音和通用電氣那樣的產(chǎn)業(yè)巨頭都已經(jīng)開始在它們的制造工藝中采用3D打印技術(shù)。

據(jù)Autodesk副總裁布萊恩馬修(Brian Mathews)稱：“3D打印是重新設(shè)想制造工藝的一種方法。”福特公司利用3D打印技術(shù)提高了樣品制造的速度和成本效率。同樣，波音將3D打印技術(shù)應(yīng) 用到了軍用飛機(jī)的組件制造之中。2012年11月，通用電氣收購了曾對3D打印設(shè)備投入大量資金的工程技術(shù)公司Morris Technologies，它將專注于打印最新噴氣式飛機(jī)引擎的各種組件。

不難想象，人體組織3D打印技術(shù)很可能也會以類似的成長趨勢發(fā)展下去。

據(jù)致力于增加人體器官、眼睛和組織捐獻(xiàn)工作的美國非營利性組織Donate Life America稱：“雖然醫(yī)學(xué)技術(shù)和捐獻(xiàn)一直在發(fā)展，但是市場對人體器官、眼睛和組織的需求仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于捐獻(xiàn)的數(shù)量。僅在美國，就有超過11.5萬人正在等待器官移植。”

CompaniesandMarkets.com是一家全球性的商業(yè)信息整合商，該公司旗下有很多專家分析師，他們編著了數(shù)百份市場研究報告。

據(jù)一位名叫麥克金(Mike King)的專家稱：“預(yù)計到2017年的時候，全球人造器官市場將達(dá)到200億美元的規(guī)模，這主要是由于需要器官移植的病人的需求不斷增長所推動的。另 外，技術(shù)進(jìn)步、成本下降、人口老齡化和捐獻(xiàn)器官數(shù)量少也是造成未來幾年內(nèi)人造器官市場需求猛增的因素。”

報告還指出，由于全球糖尿病患者超過了1億人，預(yù)計人造胰腺將有很好的發(fā)展前景。人造器官的全球需求是由人造腎臟引發(fā)的。

結(jié)論

其他一些公司也在積極研究和開發(fā)組織重生和治療技術(shù)，比如Tengion等，但它們使用的是傳統(tǒng)的技術(shù)，而非生物打印技術(shù);那些公司專注的重點 都跟Organovo不同。3D打印技術(shù)可能還要較長的一段時間才能獲利，盡管這個技術(shù)領(lǐng)域的投資風(fēng)險很高，但是潛在回報可能非常巨大。

但是，這個技術(shù)領(lǐng)域也有一些短期利好因素存在，比如從藥品發(fā)現(xiàn)和開發(fā)中獲得收入等。2010年，Organovo與Pfizer簽訂了一份合作 協(xié)議，預(yù)計Organovo在2012年底之前可以從中獲得45萬美元的收入。后來它又在2011年10月與United Therapeutics達(dá)成了一項為期30個月的合作，Organovo將利用其生物打印技術(shù)進(jìn)行與肺動脈高壓治療有關(guān)的研究。Organovo已經(jīng)承 認(rèn)它從這項合作中獲得了61.8萬美元的收入。