探秘医药巨头强生公司3D打印技术应用现状

　　医疗保健是3D打印技术应用扩散最快的领域之一。事实上，迄今为止，3D打印已经成为用于制造为特定患者定制的助听器和牙科矫形器的主导技术。而且越来越多的医生开始利用3D打印技术为患者量身定制植入物和用于颅颌面(CMF)重建和膝、 髋关节置换的装置。当然，这只是增材制造在医疗领域应用的开始，人们的目标之一是要实现3D打印器官和针对不同的患者开发个性化的药物。

　　在医疗保健领域，正在将3D打印用于医疗产品制造的知名公司之一是强生公司，该公司是不折不扣的巨无霸，其在全球57个国家拥有250家子公司，总市值高达3238亿美元。据了解，该公司的3D打印骨科植入物几年前就已经出现在了市场上。除此之外，强生公司还在跟3D打印领域的一些知名企业，比如惠普、Carbon、3D Systems、Organovo及Materialise等进行合作。

　　近日，有行业媒体采访了这家巨无霸，全面了解了3D打印技术在该公司的应用现状与未来相关计划。

　　3D打印医疗植入物及装置

　　3D打印技术最早一直是制造商在产品设计过程的一种原型手段。但是几年前，强生公司下属的DePuy Synthes公司就已经开始使用该技术来为特定病人定制医疗器械和植入物了。

　　“我们在骨科市场有一个被称为TRUMATCH的产品线，其中包括了用于CMF手术的植入物和手术导板，以及用于膝关节的截骨导板，这些如今都已经实现了个性化。这些个性化的装置往往具有复杂的几何形状，可以根据CFM手术的实际需求按需提供。”强生公司制造工程与技术全球副总裁Joseph Sendra说。

　　TRUMATCH CMF使用病人的CT扫描数据，然后临床工程师可以据此创建基于特定患者的植入物和手术导板。除了植入物能够与病人的解剖结构相匹配可以减少并发症之外，手术导板也能够在手术过程中帮助指导医生切骨和准确定位植入物，从而使医生能够减少手术过程中的不确定性，并减少手术时间。这些定制化的植入物复杂的几何形状往往只有使用3D打印才能够实现。

　　其TRUMATCH Knee同样是根据患者腿部的CT数据来制造个性化的膝关节手术导板。这一过程是跟3D Systems公司合作完成的，两家公司已经建立了长期合作关系。其中所有的外科导板设计、与外科医生的沟通和整个产品生命周期管理，都由该公司设在美国印第安纳州的一个专门小组来负责。设计的电子文件经过外科医生批准后，会被安全地传送给3D Systems公司3D打印出来，然后送回到DePuy Synthes进行最后的组装、杀菌和装运。

　　今年早些时候，DePuy Synthes TRUMATCH CMF宣布扩大与Materialise的合作伙伴关系。在此之外，Materialise已经在为DePuy Synthes制造针对特定患者的手术导板，如今它还将为后者供应针对特定患者的颅颌面(CMF)植入物。这些植入物将通过DePuy Synthes TRUMATCH CMF Solutions公司在澳大利亚和欧洲(不包括法国)出售。

　　除此之外，Materialise公司的ProPlan CMF规划软件也是为TruMatch CMF开发的，它可以使得该公司的临床工程师在一个虚拟环境中配合医生制订手术前计划、定义植入物的形状、并设计手术导板，然后生成输出文件，该文件可以被发送到3D打印机中，制造出解剖模型或手术导板。通过与DePuy Synthes TRUMACTH CMF的合作，Materialise公司同样改进了其 ProPlan CMF和Mimics软件的术前规划能力，使外科医生能在手术前优化他们的规划，提升他们在手术室里的精度和效率。

　　用于医学的下一代3D打印技术

　　客观地说，要在各个行业中得到广泛的应用，3D打印技术还有许多障碍需要克服。医疗行业也一样，这可能是强生为什么要选择两家公司来解决与3D打印相关问题的原因吧。这两家公司就是Carbon和惠普。不过该公司并没有披露详细的情况。

　　众所周知，Carbon公司的连续液界面制造(CLIP)技术从两大方面颠覆了3D打印行业——打印速度和材料开发。CLIP技术可以在不到十分钟内打印完成一个3D对象，而且用CLIP技术制造的3D打印件在经过热固化后会变得更强，从而导致其机械性能类似于注塑成型部件。

　　今年早些时候，强生公司的两大子公司强生创新(Johnson & Johnson Innovation)和强生制药公司公布了在消费、医疗设备和制药领域的21个合作伙伴，而Carbon被宣布为其在定制化外科手术设备制造方面的合作伙伴。

　　Sendra并没有披露强生公司会如何使用CLIP技术，但是毫无疑问这项技术为实现隔天甚至当天交付3D打印的手术导板打开了大门，从而大幅缩减了手术规划与手术之间的时间间隔。而且，想象一下，如果手术装置能够在10分钟内制造完成的话，那就是说医生在手术过程中想要什么装备都能够即时得到。当然，无论强生公司怎么想，他们在手术中使用的材料、工艺和部件都要经过FDA的批准。

　　而惠普新推出的多射流熔融(MJF)3D打印设备则具备制造批量对象的能力，而且这些3D对象的强度也足以媲美那些注塑成型的零部件。由于MJF技术能够将功能性墨水沉积到3D打印的零部件当中，惠普的目标是制造出一种3D打印机，这种3D打印机可以沉积导电介质，从而打印出植入式传感器。

　　强生公司同样没有公开他们将如何使用MJF技术，但是该公司在今年早些时候惠普刚刚推出MJF 3D打印机的时候就公布了双方的合作关系。而且，Sendra说得很清楚，既与Carbon和惠普的合作目标就是为了实现个性化的医疗，打造针对特定病人的个性化医疗设备和相关软件。

　　生物和药物发现

　　2014年，强生公司的药物发现子公司杨森研发(Janssen Research and Development，JRD)就开始与迄今唯一上市的3D生物打印公司Organovo就初步合作展开讨论。据当时提交给美国证券交易委员会的文件显示，JRD将会与Organovo一起“评估在药物发现环境中3D生物打印组织的使用。”

　　Organovo主要使用其NovoGen MMX 生物打印机挤出人体组织细胞和水凝胶，使其根据预订的3D形状形成结构，然后再放入孵化器使组织融合在一起。该公司的愿景是实现3D打印可移植的完整器官。但是在短期内，3D打印人体组织会让制药公司能够在更接近于实际的生物环境中进行药物测试。

　　Sendra介绍说，目前该公司主要依靠各种其他解决方案来测试药物疗效，包括“2D细胞培养、尸体、人体组织和人体临床试验等。”他解释说，“你可以想像得到那些非常复杂的审批程序，以及十分复杂的测试过程。”

　　然而，3D打印的组织会比现有的2D细胞培养更类似于人类患者组织。它们因此可以提供关于一种化学成分如何作用的更为准确的信息，从而加快药物发现过程。“这主要跟时间有关。”他补充说“你能更快地了解什么有用、什么没用。对于像我们这样的公司来说，这是非常令人兴奋的领域。”据天工社所知，Organovo已经通过罗氏制药研发部门的一次实验表明，3D打印的人类肝细胞能够比2D细胞培养更好地评估药物毒性。

　　Sendra继续说：“这项技术的价值还在于它提供了一条通向真正活体组织的道路。直到今天，我们没有其它选择，没有任何一种其它方式能够做到。最终，它将能够这种生物打印的组织更多地用于药物发现。想象一下，如果你可以通过使用替代的组织而非人体测试来加速药物发现，那将是一个什么样的情形?”

　　以病人为中心的产品战略

　　尽管这家医疗巨头究竟要如何使用3D打印技术的细节可能还不明朗，但是综上所述，强生公司似乎是要通过3D打印技术的应用实现其以病人为中心的产品战略。Sendra进一步暗示3D打印可以通过分布式制造的方式来为患者量身定制产品，同时降低成本，缩短公司与患者之间的距离。

　　他总结道：“目前我们很难完全了解这一技术将带来什么，但是可以肯定的是，这是一个真正不同的未来。这一制造技术使我们能够以一种非常、非常不同的方式去思考未来。”