郝永強：3D打印器官的人
時間：2023-09-06 09:59 來源：經濟觀察報 作者：admin 閱讀：次
郝永強經常被骨科病人當成求醫的“最后一站”。許多病人看遍了全國各大醫院，抱著最后一絲希望來到上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院骨科，他們會對郝永強說，“如果您說要截肢那就截了”。對一些復雜性骨科疾病而言，如骨癌、嚴重肢體畸形，拿掉肢體是最“簡單”的，但這也意味著病人后半生都會成為肢體殘缺的人。郝永強是上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院骨科主任醫師，從醫34年以來，怎樣幫助病人保存肢體完整性和恢復正常功能，盡可能正常地生活，是他心里最“重”的事情。
他擁有了另一個身份——上海市醫學3D打印技術臨床轉化工程研究中心主任。在3D打印中心的走廊上，陳列著各種打印出來的骨骼假體和模型。從3D金屬打印機里打印出來的一個個金屬假體被植入患者的體內，成為連接、承托患者軀體及四肢關節的重要部分。
3D打印的個性化金屬植入物不僅可以用在骨盆、髖、膝、肩、肘、腕、踝等全身骨關節和巨大骨缺損修復重建等復雜骨科手術中，還已經應用在口腔科、眼科、整形外科、胸外科、神經外科、五官科等學科。“這項技術也許對常見疾病來說是錦上添花，但對復雜、難治性疾病來說，是絕對的雪中送炭。”郝永強說。
郝永強仍記得10年前自己做的第一例3D打印金屬假體手術。那是一位40多歲的上海籍骨盆惡性腫瘤患者。術中借助3D打印手術導板，精準、完整切除骨盆腫瘤后，一只“量身定制”的3D金屬打印的個性化人工半骨盆假體被植入患者體內。手術前，患者給郝永強提了一個特殊的要求，希望手術后還能開車，他喜歡旅游，希望還能有自己駕車出游的機會。令人欣喜的是，做完手術后一個禮拜，患者就能下床行走，而在過去，半骨盆置換手術病人要在床上躺三個月左右。
近10年過去，這位患者不僅可以開車，其他功能也與正常人無異。這位老朋友總是給郝永強發來自己在全國各地旅行的照片。郝永強興奮地打開朋友圈展示——當年的那位病人最近正在帶著妻子在西藏自駕游。
在20世紀80年代之前，骨盆腫瘤患者為了保全生命，只能接受患側半骨盆及下肢1/4截肢。“這意味著不光是腿截掉，一邊屁股都拿掉了”，郝永強說，術后坐著都困難，更談不上站立和行走。20世紀80年代后，雖然相繼出現各種保肢方法，但有一半患者都會出現骨不愈合、感染等并發癥，且失敗率高，腫瘤復發率較高。
如今，3D打印個性化金屬假體手術已經十分成熟。郝永強選擇繼續向生物打印進發，3D打印患者干細胞。打印器官，讓器官再生，也被郝永強列入到未來的打印計劃中。
從“削足適履”到“量體裁衣”
2010年前后，3D金屬打印技術逐漸興起，這讓中國工程院院士戴尅戎和弟子郝永強興奮不已——這是他們尋找幾十年的關鍵性技術。
2013年，戴尅戎為上海第九人民醫院引入第一臺3D打印機，這也是金屬3D打印機首次進入醫院。
在九院開設的醫工結合門診里，郝永強還要求工程師們也進到診室中，了解患者病痛與需求。醫生與工程師反復討論后，通過計算機模擬出骨盆腫瘤的邊界及腫瘤切除后的骨盆缺損狀況，設計并3D打印一個訂制的1：1骨盆腫瘤模型、手術導板及金屬假體。手術前，通過3D金屬打印機打印出1：1的骨骼模型，醫生可以根據模型制定科學的個性化手術規劃，避免損傷重要血管、神經及臟器。手術中，醫生在3D打印個性化手術導板的輔助下操作，導板可精確地引導醫生確定手術切除方向和位置，將腫瘤精準切除。腫瘤被切除后，就可以為患者植入這個“量身訂制”的個性化金屬假體。這也被稱為3D打印“三部曲”。
為了使假體與患者骨骼更好地融合，郝永強還在假體表面設計、制備了金屬骨小梁，骨頭可以長到打印后的金屬里，使二者融為一體。這是傳統模式制造的人工關節無法做到的。
這是一項“被逼出來”的發明，在3D金屬打印技術出現之前，骨科疾病患者長期面對的殘酷現實是，一些疾病根本沒有可用的假體，即使有，也不夠精準合適，許多患者都只能截肢。
郝永強介紹，早期，同一款假體幾何形態基本一致，僅有不到十種尺寸。隨著假體設計不斷改進，開始出現多規格的假體連接部件，并在連接部設計了更多的調節接口。但即便如此，還是難以實現最優化重建，尤其對存在嚴重解剖畸形、腫瘤及翻修手術的患者。
比如骨盆腫瘤病人，每個患者病變與切除范圍存在較大不確定性，為了保障切除腫瘤手術徹底，醫生需要采用擴大切除術，一般骨盆缺損的范圍會比較大，這就增加了骨盆修復重建難度。因此，長久以來，骨盆腫瘤被視為骨科手術的“禁區”。
這讓郝永強感到殘酷又可惜，但并沒有企業能夠生產制造精準的個性化假體。“我們就自己研發，硬著頭皮做。”上世紀80年代，戴尅戎及其團隊開始了定制型骨關節假體研發、應用及轉化之路。為了更好地匹配患者的需求，戴尅戎及其團隊從90年代初就開始將3D打印技術率先用于定制型骨關節研發，打印骨骼模型輔助假體設計。
那時，沒有3D金屬打印技術，假體是用工業機床“車”出來的，制造過程慢，也并不精準，且浪費材料。有時候假體做好了，病人的腫瘤也長大了。
當3D金屬打印技術的出現和幾十年積累的個性化定制經驗疊加，一切都“毫無遲疑，順理成章”。2013年，上海九院3D打印技術臨床轉化研發中心成立，2016年升格為上海交通大學醫學3D打印技術創新研究中心。目前，郝永強已經做了幾百臺3D打印金屬假體手術，無一例失敗。
一只腳在醫院 一只腳在法院
郝永強對第一臺3D打印金屬假體手術仍然印象深刻。那臺手術在2014年實施，全世界沒有先例，一切都需探索，醫生心理上需承受巨大的風險，一旦失敗就可能會惹上官司。郝永強形容“一只腳在醫院，一只腳在法院”。
郝永強記不清與工程師討論了多少次設計方案，但他記得十年前那天自己的心緒，沒有預想中的興奮與激動，更多的是謹慎。下了手術臺后，郝永強來不及休息，連忙將新聞稿寫出，轉交記者，疲憊的身體才不由地興奮起來——這是一臺世界首例、將顛覆傳統治療模式的手術。
當晚12點，一串電話鈴聲將郝永強驚醒，老師戴尅戎的聲音從電話那頭傳來，“先把稿子撤回來吧，因為我們不知道這個病人情況怎么樣，畢竟是個新的技術……”當天凌晨，這篇新聞稿被撤回。這讓郝永強有些遺憾，但他能理解老師作為醫學科學家的嚴謹。
早在1995年，郝永強還在讀博時，便一直跟隨導師戴尅戎做關于人工假體的研究。他自問：戴老師那么多學生，為什么其他學生沒有堅持下來？醫生擅長的是醫學領域，而醫工結合意味著不僅要學工科，還需要和企業等方方面面打交道，郝永強直言“太難了”。
更大的難點在于不被理解。“全世界都沒有這樣的東西，你們為什么要做？”不僅是外界，就連醫學同行們也不能理解：只要打個電話，就有大量器械送到跟前，為什么要自己搞創造發明？就像商店里到處都是衣服，挑一件穿不就行了嗎？為什么要自己做？
“但我們必須做，做出合身的衣服。”郝永強十分堅定。
過去，中國的醫療器械注冊證一般只頒給企業，醫療機構并沒有拿到醫療器械注冊證的先例。在取證之前，只能通過科研方式做創新手術，通過病人和倫理委員會的同意后實施手術，“我們只能用成功的手術來證明”。
郝永強需要花大量的精力來解釋和溝通。手術室的護士們對標準化的醫療器械輕車熟路，但對個性化的醫療器械并不算了解。甚至連手術室安保也阻攔他——沒有正規批號的3D打印器械不能進入手術室。郝永放棄了許多休息日，與各個環節做工作。
他理解每個人的擔憂：這對每一個部門和環節，都是0-1。如果出了問題，人家可能要因為與自己不相關的所謂創新丟掉“飯碗”。
一張珍貴的證書至今仍被展示在3D打印創新中心走廊的顯著位置，2020年1月1日，國家藥監局和國家衛健委聯合發布《關于發布〈定制式醫療器械監督管理規定（試行）〉的公告》。次日，上海九院骨科拿到了新規實施后的第一張個性化骨盆假體備案許可證。
最初，許多骨科同仁對這項創新技術也持抵觸態度。大家都喜歡用已經掌握、自己最熟悉的技術，而新技術需要重新學習和摸索。郝永強說，一路走來，如同“鬧革命”，有緊緊跟隨的鐵桿，也有持觀望懷疑態度的，當然，也有冷眼旁觀的。
早期郝永強在全國做演講時，聽眾寥寥，因為“覺得離自己太遠了”。從被質疑到慢慢被理解、被接受、被跟隨的過程，郝永強花了近20年。現在，隔三差五就有全國各地的醫院院長帶隊來參觀學習，上海交通大學醫學3D打印創新研究中心也在全國26個省建立起了80多家3D打印分中心。
打印未來
硬件、技術、合規性等問題逐一解決后，人才成了頭等難事。
郝永強介紹，上海九院骨科里十幾位打印工程師都是從全國各地招聘而來的，但仍然無法滿足患者源源不斷的需求。即使在上海，愿意投入到醫學打印領域的人也非常少。郝永強說，因為要重新學習醫學知識非常難，沒有情懷很難堅持。
為此，郝永強選擇從學科建設入手，試圖解決問題。郝永強去過國內很多大學，協助一些學校申請和報批打印專業，但更現實的問題在于，畢業生們更愿意去企業。目前，3D打印關節的價格與普通的關節幾乎一致，無法提供高工資與回報。這也導致這個領域里的流動非常大。一些技術人員可能具備一定能力后，就選擇跳槽或自己出去辦企業了。
郝永強今年的目標是在全國建成100家3D打印分中心。“明年要開到國外去！”在疫情之前，墨西哥城最大的骨科醫療器械商飛到上海找到郝永強，想要在墨西哥建立3D打印分中心。這也提醒了郝永強，應該到國外去建設分中心。“以前我們都是接受國外的先進技術，現在到了有能力向國外輸出自己的創新技術，該有這個自信了！”
但產業化成了難題。上海九院位于上海閔行區浦江鎮的打印中心面積有將近3000平方米，但仍然遠遠滿足不了全國分中心的需求。“我們需要大量的工程師，大量的打印機，大批量的生產能力，才能夠滿足全國甚至是未來世界的需求。”郝永強說。
對產業化的渴求也是在為3D打印在再生醫學上的應用及推廣鋪路。郝永強希望生物3D打印的轉化、落地能盡可能地再快一些。2021年12月28日，郝永強生日的當天，他實施了世界第一例生物3D打印個性化活性骨修復骨缺損手術。載有患者自體促成骨與成血管等活性生長因子的活性骨被植入缺損部位，慢慢降解并釋放出活性生長因子，與缺損區域周圍骨組織內的細胞相互作用，能夠促進血管和骨的新生。他有些自豪：生物打印的概念在2003年就在世界提出了，是中國人把它率先應用到臨床上的。
郝永強對生物打印的未來充滿暢想：2019年，美國打印出了能縮張的肺泡單元，以色列打印出了能跳的心臟單元。“如果有幾百萬或者幾億個這樣的單元，就可以組成肺臟、心臟了！”“美國的一所大學已經打印出了腎臟的外形，但是還不能分泌小便。”郝永強顯得有些興奮，我們離打印心臟、腎臟越來越近了。郝永強相信，以打印活性組織細胞、器官為代表的生物打印有望在不久的將來大規模應用于人體，將會對人類的健康做出巨大的、前所未有的貢獻。
“器官衰竭威脅生命時，可以用自己的細胞打印所需的器官。未來每個人多活30年，也許不再是夢想。”郝永強說。
他擁有了另一個身份——上海市醫學3D打印技術臨床轉化工程研究中心主任。在3D打印中心的走廊上，陳列著各種打印出來的骨骼假體和模型。從3D金屬打印機里打印出來的一個個金屬假體被植入患者的體內，成為連接、承托患者軀體及四肢關節的重要部分。
3D打印的個性化金屬植入物不僅可以用在骨盆、髖、膝、肩、肘、腕、踝等全身骨關節和巨大骨缺損修復重建等復雜骨科手術中，還已經應用在口腔科、眼科、整形外科、胸外科、神經外科、五官科等學科。“這項技術也許對常見疾病來說是錦上添花，但對復雜、難治性疾病來說，是絕對的雪中送炭。”郝永強說。
郝永強仍記得10年前自己做的第一例3D打印金屬假體手術。那是一位40多歲的上海籍骨盆惡性腫瘤患者。術中借助3D打印手術導板，精準、完整切除骨盆腫瘤后，一只“量身定制”的3D金屬打印的個性化人工半骨盆假體被植入患者體內。手術前，患者給郝永強提了一個特殊的要求，希望手術后還能開車，他喜歡旅游，希望還能有自己駕車出游的機會。令人欣喜的是，做完手術后一個禮拜，患者就能下床行走，而在過去，半骨盆置換手術病人要在床上躺三個月左右。
近10年過去，這位患者不僅可以開車，其他功能也與正常人無異。這位老朋友總是給郝永強發來自己在全國各地旅行的照片。郝永強興奮地打開朋友圈展示——當年的那位病人最近正在帶著妻子在西藏自駕游。
在20世紀80年代之前，骨盆腫瘤患者為了保全生命，只能接受患側半骨盆及下肢1/4截肢。“這意味著不光是腿截掉，一邊屁股都拿掉了”，郝永強說，術后坐著都困難，更談不上站立和行走。20世紀80年代后，雖然相繼出現各種保肢方法，但有一半患者都會出現骨不愈合、感染等并發癥，且失敗率高，腫瘤復發率較高。
如今，3D打印個性化金屬假體手術已經十分成熟。郝永強選擇繼續向生物打印進發，3D打印患者干細胞。打印器官，讓器官再生，也被郝永強列入到未來的打印計劃中。
從“削足適履”到“量體裁衣”
2010年前后，3D金屬打印技術逐漸興起，這讓中國工程院院士戴尅戎和弟子郝永強興奮不已——這是他們尋找幾十年的關鍵性技術。
2013年，戴尅戎為上海第九人民醫院引入第一臺3D打印機，這也是金屬3D打印機首次進入醫院。
在九院開設的醫工結合門診里，郝永強還要求工程師們也進到診室中，了解患者病痛與需求。醫生與工程師反復討論后，通過計算機模擬出骨盆腫瘤的邊界及腫瘤切除后的骨盆缺損狀況，設計并3D打印一個訂制的1：1骨盆腫瘤模型、手術導板及金屬假體。手術前，通過3D金屬打印機打印出1：1的骨骼模型，醫生可以根據模型制定科學的個性化手術規劃，避免損傷重要血管、神經及臟器。手術中，醫生在3D打印個性化手術導板的輔助下操作，導板可精確地引導醫生確定手術切除方向和位置，將腫瘤精準切除。腫瘤被切除后，就可以為患者植入這個“量身訂制”的個性化金屬假體。這也被稱為3D打印“三部曲”。
為了使假體與患者骨骼更好地融合，郝永強還在假體表面設計、制備了金屬骨小梁，骨頭可以長到打印后的金屬里，使二者融為一體。這是傳統模式制造的人工關節無法做到的。
這是一項“被逼出來”的發明，在3D金屬打印技術出現之前，骨科疾病患者長期面對的殘酷現實是，一些疾病根本沒有可用的假體，即使有，也不夠精準合適，許多患者都只能截肢。
郝永強介紹，早期，同一款假體幾何形態基本一致，僅有不到十種尺寸。隨著假體設計不斷改進，開始出現多規格的假體連接部件，并在連接部設計了更多的調節接口。但即便如此，還是難以實現最優化重建，尤其對存在嚴重解剖畸形、腫瘤及翻修手術的患者。
比如骨盆腫瘤病人，每個患者病變與切除范圍存在較大不確定性，為了保障切除腫瘤手術徹底，醫生需要采用擴大切除術，一般骨盆缺損的范圍會比較大，這就增加了骨盆修復重建難度。因此，長久以來，骨盆腫瘤被視為骨科手術的“禁區”。
這讓郝永強感到殘酷又可惜，但并沒有企業能夠生產制造精準的個性化假體。“我們就自己研發，硬著頭皮做。”上世紀80年代，戴尅戎及其團隊開始了定制型骨關節假體研發、應用及轉化之路。為了更好地匹配患者的需求，戴尅戎及其團隊從90年代初就開始將3D打印技術率先用于定制型骨關節研發，打印骨骼模型輔助假體設計。
那時，沒有3D金屬打印技術，假體是用工業機床“車”出來的，制造過程慢，也并不精準，且浪費材料。有時候假體做好了，病人的腫瘤也長大了。
當3D金屬打印技術的出現和幾十年積累的個性化定制經驗疊加，一切都“毫無遲疑，順理成章”。2013年，上海九院3D打印技術臨床轉化研發中心成立，2016年升格為上海交通大學醫學3D打印技術創新研究中心。目前，郝永強已經做了幾百臺3D打印金屬假體手術，無一例失敗。
一只腳在醫院 一只腳在法院
郝永強對第一臺3D打印金屬假體手術仍然印象深刻。那臺手術在2014年實施，全世界沒有先例，一切都需探索，醫生心理上需承受巨大的風險，一旦失敗就可能會惹上官司。郝永強形容“一只腳在醫院，一只腳在法院”。
郝永強記不清與工程師討論了多少次設計方案，但他記得十年前那天自己的心緒，沒有預想中的興奮與激動，更多的是謹慎。下了手術臺后，郝永強來不及休息，連忙將新聞稿寫出，轉交記者，疲憊的身體才不由地興奮起來——這是一臺世界首例、將顛覆傳統治療模式的手術。
當晚12點，一串電話鈴聲將郝永強驚醒，老師戴尅戎的聲音從電話那頭傳來，“先把稿子撤回來吧，因為我們不知道這個病人情況怎么樣，畢竟是個新的技術……”當天凌晨，這篇新聞稿被撤回。這讓郝永強有些遺憾，但他能理解老師作為醫學科學家的嚴謹。
早在1995年，郝永強還在讀博時，便一直跟隨導師戴尅戎做關于人工假體的研究。他自問：戴老師那么多學生，為什么其他學生沒有堅持下來？醫生擅長的是醫學領域，而醫工結合意味著不僅要學工科，還需要和企業等方方面面打交道，郝永強直言“太難了”。
更大的難點在于不被理解。“全世界都沒有這樣的東西，你們為什么要做？”不僅是外界，就連醫學同行們也不能理解：只要打個電話，就有大量器械送到跟前，為什么要自己搞創造發明？就像商店里到處都是衣服，挑一件穿不就行了嗎？為什么要自己做？
“但我們必須做，做出合身的衣服。”郝永強十分堅定。
過去，中國的醫療器械注冊證一般只頒給企業，醫療機構并沒有拿到醫療器械注冊證的先例。在取證之前，只能通過科研方式做創新手術，通過病人和倫理委員會的同意后實施手術，“我們只能用成功的手術來證明”。
郝永強需要花大量的精力來解釋和溝通。手術室的護士們對標準化的醫療器械輕車熟路，但對個性化的醫療器械并不算了解。甚至連手術室安保也阻攔他——沒有正規批號的3D打印器械不能進入手術室。郝永放棄了許多休息日，與各個環節做工作。
他理解每個人的擔憂：這對每一個部門和環節，都是0-1。如果出了問題，人家可能要因為與自己不相關的所謂創新丟掉“飯碗”。
一張珍貴的證書至今仍被展示在3D打印創新中心走廊的顯著位置，2020年1月1日，國家藥監局和國家衛健委聯合發布《關于發布〈定制式醫療器械監督管理規定（試行）〉的公告》。次日，上海九院骨科拿到了新規實施后的第一張個性化骨盆假體備案許可證。
最初，許多骨科同仁對這項創新技術也持抵觸態度。大家都喜歡用已經掌握、自己最熟悉的技術，而新技術需要重新學習和摸索。郝永強說，一路走來，如同“鬧革命”，有緊緊跟隨的鐵桿，也有持觀望懷疑態度的，當然，也有冷眼旁觀的。
早期郝永強在全國做演講時，聽眾寥寥，因為“覺得離自己太遠了”。從被質疑到慢慢被理解、被接受、被跟隨的過程，郝永強花了近20年。現在，隔三差五就有全國各地的醫院院長帶隊來參觀學習，上海交通大學醫學3D打印創新研究中心也在全國26個省建立起了80多家3D打印分中心。
打印未來
硬件、技術、合規性等問題逐一解決后，人才成了頭等難事。
郝永強介紹，上海九院骨科里十幾位打印工程師都是從全國各地招聘而來的，但仍然無法滿足患者源源不斷的需求。即使在上海，愿意投入到醫學打印領域的人也非常少。郝永強說，因為要重新學習醫學知識非常難，沒有情懷很難堅持。
為此，郝永強選擇從學科建設入手，試圖解決問題。郝永強去過國內很多大學，協助一些學校申請和報批打印專業，但更現實的問題在于，畢業生們更愿意去企業。目前，3D打印關節的價格與普通的關節幾乎一致，無法提供高工資與回報。這也導致這個領域里的流動非常大。一些技術人員可能具備一定能力后，就選擇跳槽或自己出去辦企業了。
郝永強今年的目標是在全國建成100家3D打印分中心。“明年要開到國外去！”在疫情之前，墨西哥城最大的骨科醫療器械商飛到上海找到郝永強，想要在墨西哥建立3D打印分中心。這也提醒了郝永強，應該到國外去建設分中心。“以前我們都是接受國外的先進技術，現在到了有能力向國外輸出自己的創新技術，該有這個自信了！”
但產業化成了難題。上海九院位于上海閔行區浦江鎮的打印中心面積有將近3000平方米，但仍然遠遠滿足不了全國分中心的需求。“我們需要大量的工程師，大量的打印機，大批量的生產能力，才能夠滿足全國甚至是未來世界的需求。”郝永強說。
對產業化的渴求也是在為3D打印在再生醫學上的應用及推廣鋪路。郝永強希望生物3D打印的轉化、落地能盡可能地再快一些。2021年12月28日，郝永強生日的當天，他實施了世界第一例生物3D打印個性化活性骨修復骨缺損手術。載有患者自體促成骨與成血管等活性生長因子的活性骨被植入缺損部位，慢慢降解并釋放出活性生長因子，與缺損區域周圍骨組織內的細胞相互作用，能夠促進血管和骨的新生。他有些自豪：生物打印的概念在2003年就在世界提出了，是中國人把它率先應用到臨床上的。
郝永強對生物打印的未來充滿暢想：2019年，美國打印出了能縮張的肺泡單元，以色列打印出了能跳的心臟單元。“如果有幾百萬或者幾億個這樣的單元，就可以組成肺臟、心臟了！”“美國的一所大學已經打印出了腎臟的外形，但是還不能分泌小便。”郝永強顯得有些興奮，我們離打印心臟、腎臟越來越近了。郝永強相信，以打印活性組織細胞、器官為代表的生物打印有望在不久的將來大規模應用于人體，將會對人類的健康做出巨大的、前所未有的貢獻。
“器官衰竭威脅生命時，可以用自己的細胞打印所需的器官。未來每個人多活30年，也許不再是夢想。”郝永強說。
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