山东医药2019年第59卷第35期3D打印技术在临床医学中的应用进展
胡钧亓，李耀文，张叶青，靳祎
(河北大学医学院，河北保定071000)
摘要：D打印技术又称增材制造技术，其基本过程是使用计算机辅助设计建模软件来开发被打印物体的三维模型，然后将数字型切成二维，最后通过沉积叠多而形成物质。将3D技术应用于学不仅能缩短断和的男丁印出的三维结构也能患的。目前,3D技已广泛应用学检测、医学、植入物和医疗器械、组织工程、医用卫生材料、远程医疗等，并取得满意。来更好的医学材料的发现,3D技术不仅可以用于制造生性的人体组织，使受损组织生，还能观水平的蛋白质载体、通道蛋白等结构，为人体生化物质代谢等
题提的思路。
关键词：3D技术；临床医学；组织工程；植入物；远程医疗
doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2019.35.029
中图分类号:R33文献标志码:A文章编号：1002-266X(2019)35-0106-04
3D技术又称增材制造技术，在20世纪80代Charles Hull首次提出，并率先应用
和汽车工业。3D的基本过程是使用计算机辅助设软件来物体的三维模型，然后将数字型切成二维
最后通过沉积叠加许多薄层而形成立体物质⑴。完成此过程需采用特定材料的3D机来
实现，这种3D机主要有两个特点，一是具有维制造能力，二是实现成型⑵。因此，将
3D技术应用学不仅能缩短断和的，扌的三维结构也能：患的。本文就3D技学检测、临床和医学康复等的应用作一。
1医学检测
控芯片技生物和化学实验
米尺度的芯片上，从而进行检测分析等操作的一项新兴技术⑶。3D打印技术可以与微流控芯片技术结合而应用于医学检测，并且已报道，如王可可等⑷在三维制作的微流控芯片上进行荧光定量聚合酶链式反应检测乙肝病毒核酸。技术操作步骤简单、试剂用量少且检测效率高，其检测
基金项目：河北省自然科学基(B2018201157)；河北省教育厅重点项目(ZD2018036)；学实验重(2017-BZ-JPSY34)；；学学生业训纟(201910075002、201910075004)。
通信作者：靳祎(E-mail：jinyi2009@163)性能超越了目前使用的核酸血液筛查系统。此外, 3D的生物可对作为志物的金属硫蛋白进行荧光检测，为的诊断开辟种新思路⑸。
2学建模
2.1学解剖学是医学教育中的重点和难点，解剖学中的某些结构是错杂的男匕如经和结构，仅基维图像很难被完全。若使用3D的学模型，抽象的结构就会变得形象直观。同时，世界赠的法律和题存在较大差异,3D的解剖模型可
定程度这些题［6］。
2.2手手常出现手术位置深且
杂的情况，或差异使应结构难，导致手术无法顺利完成。而3D
可以根据患者的行图，然后打印出患者实际的型。医生前能更好观察病灶、纟，制定个性化的手•案，甚至可3D型上进行预手术，从而手术风险⑺。孙涛等⑻在纵隔肿瘤精准切除手术，为免切割深部损伤的气管、及等重要结构，采用双源CT获
据并制作及其毗邻的3D型,
手摸最佳的手术路径和入路技巧。
2.3患沟通临床手术均存在一些术后风险，医生在与患属沟通时很难做到直观、全行
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解释。医生利用3D打印模型可以轻松指出患者的问题所在，让患者及其家属对术后风险有一定了解，从而减轻患者的心理压力，提高患者对手术的整体满意度，减少医疗纠纷的发生⑼。
3植入物
许多骨科手术均需要植入物来填充骨缺损，对于大面积骨缺损的患者男专统植入物常出现假体尺寸不匹配的情况。3D打印技术可以精确设计假体形状，从而减少假体松动、脱位和局部感染等并发症的发生［0］。Wong等［1］根据肿瘤切除后的骨盆缺损形状和生物力学分析设计并打印了植入物，实现了手术的个性化男亥研究显示患者术后能独立行走，髓关节恢复良好。为了更好地促进骨细胞与植入物融合，减少二者刚度不匹配的状况，Shah 等［2］采用3D打印技术模拟天然骨小管超微结构，在植入物上设计多孔隙通道，骨细胞形态扫描电镜下显示骨-种植体界面组织生长良好。同时该研究显示，从界面组织V1CO2-/V2PO3-比值、苯丙氨酸和酪氨酸水平上来看，多孔植入物较固体植入物更接近天然骨，有利于消除应力遮挡效应，更好地促进骨愈合［2］。此外男D打印的弹性薄膜植入物可用于心脏疾病,3D打印的神经引导导管可以用于引导神经系统自我修复［3］。
4医疗器械
4.1手术辅助器械3D打印的导航模板是一种基于患者解剖结构制作而成的手术工具，可以用于引导穿刺、切割、固定、重建等，临床医生根据手术导板的导向作用精确进行手术操作，实现个性化、精准化［14］。3D打印的穿刺导板多用于辅助微创手术精确定位。Golab等［5］在微创经皮肾取石术中采用3D打印技术打印个性化导板并进行定位穿刺，以确保探针快速并精确进入肾脏集合系统，结果显示该导板可以加快手术进程，避免损伤肾脏周围血管，减少穿刺并发症的发生。在引导切割手术中，Mcal-lister等［16］利用3D打印技术为患者量身定制了用于切割畸形颌骨的截骨导板。外科医生能够根据导
板确定截骨切割的最佳方向，并更好地预测手术后骨骼上下颌的关系，这种截骨导板有可能成为引导正畸手术规划的“黄金标准”。此外,D打印的导板在固定螺钉的置入、义齿种植、粒子植入和骨骼重建等手术中也发挥了重要作用，结果均显示导板的使用有助于提高手术操作的准确性，降低手术风险并缩短手术时间［14］。
4.2康复器械假肢、矫形器和助听器等康复器械是根据个性化需求制定而成的，这些康复器械制备过程十分复杂，制作时间长且精度较差。3D打印技术可以精确模拟人体解剖结构，快速制造出符合人体构造及个性化需求的产品。3D打印的康复器械除了符合个性化特点之外，还具备美观性、舒适性和灵活性等优点口18］。
5组织工程
5.1支架在组织工程领域中，人工三维支架有助于支持组织的生成。为了达到组织再生的目的，支架必须具有高孔隙度、足够的孔径以及适当的力学性能、生物降解性、生物相容性。基于人工支架在神经修复、血管修复、软骨组织修复、心脏瓣膜修复等多个领域的相关研究显示，个性化的3D打印支架可以满足以上优良特性［9,0］。李阴等［1］在计算机辅助设计下采用3D打印技术制备了具有多孔结构的聚轻基脂肪酸酯/硅酸钙人工骨支架，此复合支架的多孔隙结构清晰，且支架孔隙之间有较好的连通性，检测结果表明该复合支架力学性能高、压缩性能良好且降解速率较快，有利于骨缺损的修复。目前，生物容性的比较少。最
通过3D打印技术和纳米二氧化硅的表面修饰制备了以聚己内酯为材料的多孔气管支架(PTS)，并将天然移植气管和PTS移植气管植入体质相似的动物体内，HE染发现经改造的多孔支架的细胞亲和力明显提高，动物在急性期后的免疫排斥反应明显下降，表明其组织相容性良好［22］。
5.2组织和器官3D生物打印技术是3D打印技术的一种，该技术是把细胞、生长因子及生物材料等，按照需求将组织微观材料逐层精确定位，最后构建出具有生物活性的组织或器官。当人的某一部位损伤时，可以利用3D生物打印技术可以实现组织的再生或器官移植［23］o Isaacson等❾将3D生物打印技术应用于角膜组织工程领域，利用现有的三维数字人体角膜模型和合适的支架，制作出与天然角膜基质结构相似的人造角膜。该研究中男D打印机内部的生物墨水采用的是从人体角膜组织中分离的角化细胞，结果显示该角化细胞在打印后第1天和第7d均表现出较高的细胞活力，为角膜移植提供了新的途径［24］。国外利用Transwell功能系统构建三维人体皮肤模型，这种混合3D细胞打印系统以聚己内酯网状结构为支撑，采用喷墨涂敷模块均匀分布角质形成细胞，并利用成纤维细胞填充真皮层，最终该皮肤模型显示出良好的生物学特性［5］。目前已有研究通过3D生物打印技术打印出肝脏、心脏、软骨组织和血管系统等结构男旦该技术的可行性还需要进一步研究［26］。
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6医用卫生材料
创面敷料是常用的促进皮肤伤口愈合的医用卫生材料男寸于伤口局部感染的患者，临床上通常采用抗生素后创面敷料加以覆盖，从而达到杀灭细菌的目的。但目前由于抗生素的误用和滥用，临床上耐药细菌数量急剧增加。Muwaffak等［27］利用3D 打印技术将抗菌的银、铜和锌融入聚己内酯丝中，制作出个性化的伤口敷料，并通过热活性监测系统检测发现银、铜敷料具有良好的杀菌效果。有研究采用3D打印技术打印出多聚甲醛硅氧烷仿生纳米银创面敷料，结果显示这种伤口敷料具有良好的生物相容性、柔韧性、抗黏附能力，可有效抗菌并促进创面愈合［28］。
7远程医疗
远程医疗的重点是提高医疗质量，实现远距离诊断和，其中最重要的应用之一就是远程监控系统。生物电位的长期监测需要皮肤电极，传统的Ag/AgCl电极在长期使用过程中可能会导致皮肤过敏等并发症的发生［29］。Schubert等［29］提供了一种低成本、随需应变的3D电极模块，此模块可以根据自身需要短时间与皮肤接触，避免对皮肤造成伤害，实验测定该模块具有良好的机械性能和电气性能。对于远程操作系统,Isaac-Lowry等［0］采用一种新颖的运动学设计和3D打印技术证明了单端口腹腔镜遥控手术机器人系统的可行性和潜力，这种远程手术机器人系统提高了对外科医生操作要求高的单端口手术能力。
综上所述,3D打印技术迅猛发展并应用于临床医学的各个领域中，在医学诊断、医学和医学康复等方面均有较好的研究进展。3D打印技术在3D 生物打印和虚拟化医疗等领域均有新的突破，这些研究虽然还没有应用于人体上，但是有一部分已经在动物实验中取得成功。3D打印技术的可行性还需要大量的实验和临床数据来证明，随着未来更好的医学打印材料的发现,3D打印技术不仅可以用于制造出有生理活性的人体组织器官，使受损组织得以修复再生；还能打印出微观水平的蛋白质载体、通道蛋白等结构，为解决人体生化物质代谢障碍等问题提供新的思路。
参考文献：
［1］VanKoevering KK,Zopf DA,Hollister SJ.Tissuse engineering and 3-dimensional modeling for facial reconstruction［J］.Facial Plast Surg Clin North Am,2019,7(1)：151-161.
［2］Waheed S,Cabot JM,Macdonald NP,et al.3D printed microfluidic devices:enablers and barriers［J］.Lab Chip,2016,16(11): 1993-2013.
[]林炳承，秦建华•微流控芯片分析化学实验室[]•高等学校化学学报,2009,30(3)：433445.
[4]王可可，杨柯，赵俊，等•基于微流控芯片的荧光定量PCR法快
速检测乙肝病毒核酸[J].分析科学学报男018,4(4)：450-454.
[5]Heger Z,Zitka J,Cernei N,et al.3D-printed biosensor with poly
(dimethylsiloxane)reservoir for magnetic separation and quantum-dots-based immunolabeling of metallothionein[J].Electrophoresis, 2015,36(11-12)：1256-1264.
[6]Vaccarezza M,Papa V.3D printing:a valuable resource in human
anatomy education[J].Anat Sci Int,2015,90(1)：64-65.
[]王庆大，李波.3D打印技术在医学领域的应用研究进展[]•重庆医学,2016,45(1)：126-128.
[8]孙涛男'善清，王建伟，等.3D打印技术在纵隔肿瘤精准切除术
中的价值初探[]•医疗卫生装备,2018,39(10)：54-56,78. []刘军，郝申申，刘志斌，等.3D打印技术在成人胸腰椎骨折脱位围术期的辅助应用效果研究[J] •临床误诊误治,2018,31
(10)：45-48.
[10]赵庆红，郭俊卿，高琰，等.3D打印技术在医疗领域的应用价值
与展望[J].机械设计与制造工程,018,47(6)：1-5.
[11]Wong KC,Kumta SM,Geel NV,et al.One-step reconstruction
with a3D-printed,biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection[J] .Comput Aided Surg,2015,20
(I)：14-23.
[12]Shah FA,Snis A,Matic A,et al.3D printed Ti6Al4V implant
surface promotes bone maturation and retains a higher density of less aged osteocytes at the bone-implant interface[J] .Acta Biomater,2016,30：357-367.
[13]高晓波，汪良环，刘惠惠.3D打印技术在医疗行业中的主要应
用[J].智慧健康,017,3(1)：5-8.
[14]王然，陆丽娟，林建.3D打印技术在精准微创中的应用进
展[J].中国疼痛医学杂志,2017,3(2)：81-85.
[15]Golab A,Smektala T,Krolikowski M,et al.Percutaneous nephro
lithotomy using an individual3-dimensionally printed surgical guide [J].Urol Int,2018,100(4)：485^87.
[16]Mcallister P,Watson M,Burke E.A cost-effective,in-house,po
sitioning and cutting guide system for orthognathic surgery[J] .J Maxillofac Oral Surg,2018,17(1)：112-114.
[17]Banks J.Adding value in additive manufacturing：researchers in
the United Kingdom and europe look to3D printing for customiza-tion[J].IEEE Pulse,2013,4(6)：22-26.
[18]熊宝林，周大伟，徐静，等.3D打印在假肢矫形器技术领域的应
用前景初探[J].中国康复,2018,33(6)：523-525.
[19]Lee JW,Cho DW.3D printing technology over a drug delivery for tis
sue engineering[J].Curr Pharm Des,2015,21(12)：1606-1617. [20]朱敏，黄婷，杜晓宇，等•生物材料的3D打印研究进展[J].上
工学报,2017,39(5)：473-483,489.
[21]李明，卢晓龙，王晨宇，等.3D打印PHA/硅酸钙复合支架材料
的制备及性能表征[J].塑料科技,018,46(8)：81-85.
[22]Pan S,Zhong Y,Shan Y,et al.Selection of the optimum3D-prin
ted pore and the surface modification techniques for tissue engineering tracheal scaffold in vivo reconstruction[J].J Biomed Mater Res A,2019,107(2)：360-370.
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自噬气管哮喘的作用
及其疗药物
陈银慧打毛晓宁2，吴锐剑打张星亮"2
（1广东医科大学附属医院，广东湛江524001；2深圳市儿童医院）
摘要：自噬是除泛素-蛋白酶体系统之外男（胞质内清除衰老、受损细胞器和蛋白以及有害大分子物质的一种自我调控机制。自噬气管哮喘的程中可能既有保护作用，又有损害作用男旦目前多噬通过促进气道炎症、免疫反应以及气道重塑等机制参与支气管哮喘的。在支气管哮喘的方面，部分自噬抑制剂可通过调节自噬通路来抑制气道炎症、气道重塑等气管哮喘的，寸于哮喘的具有广阔前，该类药物主要包括3-基腺、巴伐洛霉素A1、径氯S。
关键词：支气管哮喘；自噬；气道重塑；3-基腺；巴伐洛霉素A1；径氯S
doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2019.35.030
中图分类号:R562.2文献标志码:A文章编号：1002-266X（2019）35_0109-04
气管哮喘种和环境因素影响的气道性引嗜酸性粒细胞为主的细
胞浸润、“气和可变的气流阻塞。自噬又称“自我”，是除泛素-蛋白酶统之外，细胞质内清除、受损细胞器和蛋白以及大分子物质的一种自我调控机制［1］。研究发现，自噬嗜酸性粒细胞性气道如支气管哮喘的中挥重要作用⑵。本就自噬气管哮喘发
的作用及其疗药物作。
1自噬概述及其调控相关纳米技术在现实生活中的应用
1.1噬概述噬程中，错误折叠、受损及
必要的蛋白质或细胞器会被包裹至双膜结构的囊
，形成自噬泡或自噬体，随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体［1］，被包裹的组分被溶酶体中水解酶降
基金项目：国家自然科学基金资助项目（31670742）。
通信作者：张星亮（E-mail:xingliang_zhang@163）
[23]Murphy SV,Atala A.3D bioprinting of tissues and organs[J].
Nat Biotechnol,2014,32(8)：773-785.
[24]Isaacson A,Swioklo S,Connon CJ.3D bioprinting of a corneal
stroma equivalent[J].Exp Eve Res,2018,173:188-193.
[25]Kim BS,Lee JS,Gao G,et al.Direct3D cell-printing of human
skin with functional transwell system[J].Biofabrication,2017,9
(2)：25034.
[26]Zhang YS,Yue K,Aleman J,et al.3D bioprinting for tissue and
organ fabrication[J].Ann Biomed Eng,2017,45(1)：148-163. [27]Muwaffak Z,Goyanes A,Clark V,et al.Patient-specific3D
scanned and3D printed antimicrobial polycaprolactone wound
dressings[J].Int J Pharm,2017,527(1-2)：161-170.解，产生再生代谢前到细胞，被再循环用生物大分子、ATP等物质的合成。自噬在肺部应对感染或的过程 挥重要作用。表
明，自噬可通除产生活性氧的、“E炎反应、介导抗工和呈递、增强免疫反应等抑制自发性肺部反应；但当自噬内过度时，可能参与机制，导致肺损伤的发生［3］0因此，自噬“双刃剑”男寸人类的健康和疾病发挥双重作用。
1.2噬调控机制自噬作为一种维持细胞稳态的调节机制和生存机制，受细胞内外多种信号和分子调控，而这些调控通路的改变可导致自噬功能异常。自噬的霉素靶蛋白（mTOR）复合物、ULK合物及皿型磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K class皿，又称PtdIns3K）复合体等信号通路的调节⑷。细胞可以通导自噬：①饥饿是
[28]施高强，罗高兴，陈希炜，等.3D打印的多聚甲醛硅氧烷仿生纳
米银复合材料及性能研究[J].解放军医学杂志，2018引3
(10)：840-848.
[29]Schubert M,Schmidt M,Wolter P,et al.Additively manufactured
pneumatically driven skin electrodes[J].Materials(Basel), 2017,11(1)19.
[30]Isaac-Lowry OJ,Okamoto S,Pedram SA,et al.Compact teleoper
ated laparoendoscopic single-site robotic surgical system：Kinemat-ics,control,and operation[J].Int J Med Robot,2017,13(4): 1811.
(收稿日期：2019-06-06)
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