国内外の医療用3Dプリント技術の現状と将来を総合的に分析

編集者注: 医療用 3D プリントは、近年人気が高まっているトレンドの技術です。 3Dバイオプリンティングは第一段階と第二段階を超え、すでに医療用モデル、診断機器、リハビリ補助器具、義肢、歯、人工関節などの基本的な産業チェーンを生み出しています。しかし、3Dプリント製品の承認、そのような製品に関する国の政策決定、製品の開発過程で遭遇する技術や材料、製品価格などのボトルネックなど、多くの問題があります。たとえば、人間の組織や臓器を印刷する場合、多くの問題があります。したがって、これらのボトルネックを突破し、市場全体の方向性とコア技術を習得し、コア市場競争力を持つことが企業の長期的存続の鍵となるならば、それは臨床医と科学研究者の共通の関心事でもあります。

△王静先生

BioValley: こんにちは、王先生。BioValley の「2017 (第 3 回) 医療 3D プリンティング業界サミット」への招待を受け入れていただき、誠にありがとうございます。従来の素材と比較した医療用 3D 素材の最大の利点は何ですか?私の国では、3D プリント技術はまだ初期段階にあります。ヨーロッパやアメリカの国々との現状の違いは何ですか?

回答：こんにちは。現在、3Dプリント医療材料には、主に金属材料（チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金など）、無機非金属材料（バイオセラミックス、バイオガラス、酸化物、リン酸カルシウムセラミックス、医療用炭素材料など）、ポリマー材料（PLA、PCLなど）、およびバイオマテリアル（複合材料、バイオインクなど）が含まれます。材料と組み合わせた3Dプリント技術は、パーソナライズされた医療機器の構造と生体力学的特性の面で大きな利点を持つことができます。印刷精度は 0.1mm（またはそれ以上）を保証でき、中空構造、多孔質構造、グリッド構造、異種材料、機能傾斜材料、マルチスケール材料の使用など、さまざまな構造を作成できます。

我が国は、1990年代初頭にラピッドプロトタイピング技術の研究を始めました。2000年頃には、これらの技術は徐々に実験室研究からエンジニアリングと製品化へと移行し、デジタルリバースエンジニアリング、ラピッドプロトタイピング、ラピッドツーリングをサポートするラピッドマニュファクチャリング技術が開発されました。当初、ラピッドプロトタイピング技術は中国の産業分野でゆっくりと推進されていました。毎年、全国で数十台のラピッドプロトタイピング装置が販売され、主に職業技術訓練、大学などの教育分野で使用されていました。近年、積層造形産業は急速に成長しており、2015年には国内で約500台の工業用光硬化積層造形機が販売され、主なユーザーは企業、大学、医療会社などです。

現在、中国には多くの付加製造装置およびサービス企業がありますが、いずれも規模が比較的小さいです。西安交通大学、清華大学、華中科技大学、龍源公司などの科学技術の成果により、陝西恒通、時代泰爾、武漢浜湖などの会社が設立され、工業用設備の生産と応用を開始しました。これらの会社は主に非金属材料の成形に焦点を当てています。その後、北京航空航天大学、西北工業大学、西安交通大学などの大学が金属材料成形の研究を行い、西安ポリライトなどの企業を設立しました。これらの大学の成果によって育成された企業は、基本的にプロセス研究、ソフトウェア開発、機械全体の設計において独自の技術を持っていますが、規模が小さく、発展が遅いです。北京 Tiertime は FDM デスクトップマシンの先駆者であり、国際市場に参入しています。近年、湖南華樹、杭州仙林3D、紫金利徳、ファルコン、鳳華卓利などの企業が急成長し、活発な発展期を迎えているが、革新的な技術に欠けており、国際競争力はない。

私の国は、積層造形研究において国際的に先進的なレベルにあり、積層造形に関する論文と技術特許の総数では世界第 2 位です。私の国は、大型の荷重支持航空機部品とその装置の製造、および個別化医療の応用研究において世界をリードしています。我が国は、積層造形の主流技術と設備ソフトウェアを基本的に習得しており、設備導入量は世界第4位、国内設備供給量は世界第7位です。

Bio Valley：現在、医療分野における3Dプリントの最も広く使用されている用途は、医療補助器具の製造、人体臓器モデルの製造などの補助医療です。医療用3Dプリンティングの今後の発展の見通しについてどうお考えですか?

回答：将来、3Dプリント技術のバイオメディカルへの応用は、4つのレベルに分けられます。1. 3Dプリント医療モデル。主に手術の補助に使用されます。術前の計画と手術準備により、手術時間を節約し、手術の治癒率を向上させることができます。2. 生体適合性非分解性材料を使用したプリント。主に歯科、整形外科、その他のインプラントに使用されます。3. 生体適合性非分解性材料を使用したプリント。主に整形外科、骨スキャフォールドなどの硬組織に使用されます（骨の成長の多孔性と生物学的反応特性に難しさがあります）。4. 医療用軟組織のプリント（組織細胞プリント）。3Dプリント技術の継続的な進歩により、材料選択の面では、細胞外マトリックスに近い性能を持つ材料が開発され、よりバイオニックで分解性で生物活性な3Dプリント組織工学材料が開発されています。 3D テクノロジーと組織工学を組み合わせることで、生物組織や臓器の再構築に関する新たな研究分野が開拓されます。「バイオインク」による3Dプリント生体材料の研究開発。組織や臓器のその場での 3D プリントを実現します。

BioValley: 3D プリントは精密医療にどのように役立つのでしょうか?

回答：印刷精度は精密医療に役立ちます。3Dプリント技術は、精度の面で完全にパーソナライズされたカスタマイズ製品を生産できます。精度は0.1mm（またはそれ以上）まで保証でき、医療用インプラントや補助用途を完全に保証できます。パーソナライズされたデザインと機能勾配は精密医療に役立ちます。3Dプリントは、設計でさまざまな構造（中空構造、多孔質構造、グリッド構造、異種材料の使用、機能勾配材料、マルチスケール材料）を作成し、生体適合性と機械的特性を満たす構造と材料を選択して、医療機器製品を正確にカスタマイズできます。

Bio Valley: 医療用3Dプリント技術の普及にはどのような困難があると思いますか?例えば、技術政策のボトルネックなどでしょうか?

答え：
技術: 現在の難しさは、印刷前後の安全性、生体適合性、分解性能、生体応答性の点で適切な 3D プリントされたバイオメディカル材料を開発する必要があることにあります。さらに、品質を効果的に確保しながら 3D プリントの速度を向上させることも難しさの 1 つです。

政策：3Dプリントは新しい技術であり、バイオメディカル分野への応用はまったく新しい方法です。医療機器として、市場に参入するには市場参入条件が必要であり、CFDAによる分類医療機器認証が必要です。従来の認証方法は大量生産として形成されています。パーソナライズカスタマイズに関しては、現在、法レベルでは単一の医療機器に対する適切な評価方法がないため、市場に出回っている3Dプリント医療機器が市場アクセスの許可を得ることはほとんどありません。この点では、諸外国は比較的うまくやっており、市場での受け入れと政策レベルが認められています。しかし、過去2年間で、個別化医療に対する市場の需要と政策も積極的に推進されていることもわかりました。今後、個別化医療は医療制度改革と治療法の革新に間違いなくより大きな貢献を果たすでしょう。

王静、西安交通大学准研究員、国家付加製造（3D プリント）産業技術革新戦略連盟事務局長。この講演のテーマは「3D プリントと精密医療」。哲学博士、西安交通大学准研究員、国立付加製造研究所所長補佐、国家付加製造イノベーションセンター副主任エンジニア。国家付加製造（3Dプリント）産業技術革新戦略連盟の事務局長。主に3Dプリントと精密医療（3Dプリント整形外科ナビゲーションテンプレート、歯科矯正システムなど）の研究開発、付加製造技術とアプリケーションの推進に従事。王博士は、2001年と2010年に吉林大学で学士号、修士号、博士号を取得しました。2008年から2010年にかけて、ウィスコンシン大学ミルウォーキー校、バイオメディカルエンジニアリング科（「国家高級大学奨学金プログラム」の上級客員研究員として）に勤務し、光機能イメージング（主にマルチスペクトル光音響イメージング技術、マルチモーダルイメージングに基づく初期1型糖尿病患者の眼底網膜の基礎研究と分析、医師と患者に信頼性の高い診断と治療の基礎を提供）に関する研究を行いました。帰国後、中国科学院生物医学工学技術研究所に入所し、科学研究プロジェクトの審査や研究成果の転換に従事した。王博士は、吉林大学で学術論文の「エリートカップ第3位賞」、ウィスコンシン州立大学で「研究助手賞（7,000ドル）」、「2013年優秀技術ブローカー証明書」、および「2015年中国科学院科学振興発展管理貢献賞」を受賞しました。この研究室の関連研究と資金提供は、ミルウォーキー・ジャーナル・センチネル紙の第一面で報道されました。彼は国際ジャーナルに SCI インパクトファクター 3.0 以上の論文を 8 本発表し、国内特許を 1 件取得し、総額 3,875 万人民元に及ぶ 6 件の国家、省、市のプロジェクトを主導または参加しました。

2017年（第3回）医療3Dプリンティング業界サミット - アジェンダ

2017年4月12日水曜日
10:00-20:00		終日チェックイン（1階ロビー）
2017年4月13日木曜日
時間		スピーチテーマ			スピーカー
09:00-09:10		会議議長のスピーチ			張興東四川大学生体材料工学研究センター院士
09:10-09:50		3Dプリント材料の研究開発の進歩と機会			張興東四川大学生体材料工学研究センター院士
09:50-10:30		マイクロ流体チップの3Dプリント		浙江省3Dプリント技術・設備重点実験室副所長何勇氏
10:30-10:50		コーヒーブレイクとブース訪問
10:50-11:30		3Dプリント精密医療の弁証法的思考		第二軍医大学長征病院関節外科部長銭奇栄
11:30-12:10		3Dプリント医療機器の開発とリスク（提案）			北京航空航天大学生物医学工学部学部長ファン・ユボ氏
12:10-14:00		ランチ＆ランチ休憩
14:00-14:40		口腔科学における3Dプリント技術の応用	張建社成都軍区総合病院口腔科部長 / 顎顔面外科教授・主任医師
14:40-15:20		口腔および顎顔面外傷の治療におけるデジタル手術と3D技術の応用	第三軍医大学新橋病院口腔科部長タン・インフイ氏
15:20-15:40		コーヒーブレイクとブース訪問
15:40-16:20		組織修復と腫瘍治療のための3Dプリント生体材料	中国科学院上海陶磁器研究所バイオマテリアル研究センター副所長呉成鉄
16:20-17:00		3D プリントによる頭蓋内腫瘍の「クローン化」（提案）	中南大学湘雅病院/国家衛生計画生育委員会医療管理センター 3Dプリント医療応用専門委員会事務局長李学軍氏
17:00-17:40		未定 Lian Gang 3D Systems China社長
2017年4月14日金曜日
時間	スピーチテーマ		ゲスト
09:00-09:40	骨・軟骨再生のためのポリマー足場材料の研究進捗（提案）		四川大学生体材料工学研究センター所長ファン・ユージャン
09:40-10:20	3Dプリント頭蓋顎顔面補綴物		香港中文大学精密工学研究所所長杜如旭
10:20-10:40	コーヒーブレイクとブース訪問
10:40-11:20	3Dプリンティング「スマートマシン」統合技術に関する議論		周慧星教授/上級研究員、中国農業大学 3D プリント工学技術研究センター/四川ブルーレイイノバイオテクノロジー株式会社
11:20-12:00	心血管疾患における3Dプリントの応用		中国医学科学院扶外病院国立心血管疾患センター長鄭紅
12:00-14:00	ランチ＆ランチ休憩
14:00-14:40	人間の臓器の生きた細胞 3D プリント (シミュレーション)			杭州ジェネファイ株式会社会長徐ミンゲン
14:40-15:20	生物学的3Dプリント技術の産業化探究			マイプ再生医療テクノロジー株式会社会長袁玉宇
15:20-15:40	コーヒーブレイクとブース訪問
15:40-16:20	バイオメディカル分野における4Dプリンティングの応用		青島ユニテック株式会社会長王紅氏
16:20-16:40	デジタルヘルスケアのためのカスタマイズされた 3D プリント		王静、西安交通大学准研究員
16:40-17:00	機能化熱溶解積層法3Dプリント消耗品の研究		北京化学工学大学講師段順
17:00-17:40	未定 Hou Yinhua 湖南省華翔増分製造株式会社
17:40	会議終了