3D打印技術在骨腫瘤外科的現狀與展望
魔猴君 知識堂 1191天前
血清學骨腫瘤標志物、骨骼影像學技術(CT、MRI、E-CT、SPET-CT等)的發展使得骨腫瘤的早期診斷率不斷提高，同時，新輔助化療支持下的保肢治療、免疫治療、放射治療、基因靶向治療等的綜合治療策略，以及基于增材制造的3D打印技術的出現，使骨腫瘤的個體化治療成為現實，顯著提高了骨腫瘤患者的生存率、肢體功能和生存質量。
3D打印技術作為“增材制造”的代表，區別于傳統的“減材制造”，通過分層制造、逐層疊加原材料的方式制造特殊幾何形狀的物體，在20世紀80年代逐漸應用于航天、汽車和醫學等領域。傳統的骨科內植物通過機械的鍛造或者鑄造獲得，易于產品的標準化并大規模批量生產，在相當長時間內是骨科相關手術的惟一內植物選擇。然而，骨科內植物手術，特別是涉及骨腫瘤切除后功能重建、脊柱畸形矯正、嚴重創傷/感染導致的骨缺損，這些標準化的骨科內植物的使用就顯得捉襟見肘，而3D打印技術的出現則提供了有效的技術補充。
△配圖：3D打印截骨導板
3D打印骨骼模型
利用3D打印的骨骼腫瘤模型，手術者可以更加清晰地、直觀地觀察腫瘤局部的解剖結構，腫瘤的范圍及邊界，以及與局部神經叢、血管束的毗鄰關系，與鄰近內臟器官的三維關聯等。其次，在3D打印的骨骼模型上，可以進行手術模擬以反復論證并確認最佳手術方案。Wang等報道了利用3D打印技術重建脊柱復雜手術的術前樹脂模型，利用該模型可以有效指導手術的進程以及內植物的準確置入，降低實際的手術時間和出血量。3D打印的骨腫瘤模型可以使醫生和患者更加直觀地進行術前溝通，包括具體手術方式以及術中可能遇到的困難、術后可能的并發癥等，提高了整體治療的依從性。此外，疾病的實體模型更加有利于醫學生的醫學教育，3D模型要比3D圖像的教學效果更佳。
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3D打印手術輔助導板
根據影像學資料的腫瘤邊界進行腫瘤切除，在實際的操作中有時會遇到切除范圍不夠或者切除范圍過大的情況，這與腫瘤局部的正常解剖結構缺失、復雜解剖以及微小的腫瘤相關。利用3D打印的截骨導板可以更加準確地進行腫瘤邊界的切除，降低腫瘤的復發率，同時盡可能多地保留自體健康的骨組織進行假體重建。Ma等報道了8例利用3D技術設計的導板輔助股骨遠端骨腫瘤的切除，結果顯示，術后2年隨訪時局部無腫瘤復發。Guenette報道了利用MRI可視的3D打印模型冷凍消融治療C7椎弓根骨樣骨瘤和L1椎板骨母細胞瘤，利用該技術可以經皮準確定位病變部位。在跟骨骨樣骨瘤的病例中Ren使用了3D打印導板完整的切除了腫瘤。Helguero在尸體研究中證實了3D打印的截骨支具，與徒手技術比較，可以更加精確地進行腫瘤骨的切除。
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個體化3D打印金屬植入物
個體化或惟一性是3D打印內植物和傳統植入物的顯著區別：通過計算機三維圖像設計個體化的內植物長度、形狀、釘孔排布、甚至是其高度復雜的三維立體結構，同時，在設計時可以加入醫生的“思想”，比如有效支撐、瞬時力學穩定、骨整合達到遠期穩定、恢復肢體原貌等諸多“奢侈”的夢想。Xu等報道了一個上頸椎C2尤文肉瘤切除術后使用3D打印C2假體重建的病例，術后隨訪顯示打印假體和局部骨組織愈合滿意，頸椎活動功能良好。Xiao等在對頸椎腫瘤進行整塊切除(enbloc)的基礎上，利用3D打印技術進行假體重建，臨床療效滿意。Wei等報道了全骶骨切除術后3D打印假體重建的手術技術要點。
Zhang等報道了1例計算機術中導航輔助下的累及骶骨和下腰椎的髂骨骨軟骨瘤利用3D打印技術進行骨骼重建的病例。Ma等報道了膝關節周圍腫瘤在微波消融術后使用3D打印個體化鈦板重建局部穩定性的12例的研究，在平均2年半的時間里，患者的膝關節屈曲角度接近114°，步態分析結果顯示患膝和正常人群類似。Garcia-Tutor等報道了5例骶骨腫瘤術后利用3D技術重建軟組織缺損模型，再利用背闊肌皮瓣修復局部缺損的研究，所有病例都完成了背闊肌皮瓣轉移修復并利用肋下動脈作為吻合血管，皮瓣均成活，愈合良好，利用3D技術可以準確地評估轉移皮瓣的大小和容積。
Wong報告了1例骨盆II區骨軟骨瘤使用3D打印技術進行個體化假體重建的病例，術后11個月隨訪時行走功能良好，沒有假體松動和斷裂。Kim等1例骶骨骨肉瘤進行骶骨部分切除術后利用3D打印技術個體化假體植入重建局部解剖的病例，術后1年隨訪時假體和局部骨組織骨整合滿意，患者行走功能滿意。Mobbs報告了1例用3D打印假體重建C1/2脊索瘤切除術后骨缺損和1例先天性脊柱畸形的前路椎間融合器的臨床療效，術后1年隨訪時假體的骨整合滿意。Choy報道了1例青少年T9原發性骨腫瘤利用3D打印椎體的成功病例，Liang和Lin等也都報告了3D打印技術在骨盆和骶骨腫瘤的應用技術。
3D生物打印
將培養的細胞、作為基質的生物材料、各種生長因子按照人體的自然結構或比例打印出來，體外培養后形成新的人體組織或者器官是3D生物打印的最終目標。目前3D生物打印研究主要集中在試驗藥物篩選、腫瘤模型、多孔支架等方面。天然生物材料包括纖維素、明膠、藻酸鹽、殼聚糖以及人工合成的聚合物，要滿足生物3D打印機的材料交聯性、力學和溫度適應、生物相容性和降解性等。Wang等研究了脂肪來源的干細胞復合3D打印的水凝膠支架在體外和體內的成骨性能，結果顯示體外培養2周后檢測到成骨相關的基因RUNX2、OCN表達，體內試驗8周可觀察到類骨質形成。
3D打印技術安全性的短期隨訪研究中，已初步顯示出良好的臨床療效，亟需制訂出臺相關標準、規范、準入制度等，以有利于其臨床轉化、推廣。3D生物打印技術從理論上可以再生組織甚至是器官，盡管目前在皮膚、血管、肝臟等方面有所突破，但是構建一個具有移植條件及生物功能的打印器官，是一個長期努力的方向。
