北京大学第三病院整形外科部長の劉忠軍氏：3Dプリントは患者に朗報をもたらす

北京大学第三病院の整形外科第一病棟には、「3Dプリンティング研究所」と書かれた看板が掲げられた小さなオフィスがある。整形外科部長の劉中軍教授は、外来診療、病棟、教育以外では、この場所でほとんどの時間を過ごしています。部屋の左側にはテーブルが並んでおり、その上に数台のパソコンと3Dプリンターが置かれています。テーブルの上には印刷用の備品や模型が散らばっており、一見すると小さなメーカースペースのように見えます。劉中軍さんはテーブルの上の3Dプリンターを指差して、「悪性腫瘍を除去して椎骨を交換する手術が無事に終わったところです。椎骨の模型はこの3Dプリンターで印刷したものです」と語った。

2016 年 5 月 6 日、世界初の金属 3D プリントによる人体インプラント (人工椎骨) が中国食品医薬品局に登録され、承認されました。この製品は北京大学第三病院と北京愛康易成医療設備有限公司が共同で開発・製造したものです。北京大学第三病院の3Dプリント人工椎骨研究チームの責任者である劉忠軍氏は、これは中国が3Dプリントインプラントの分野で世界をリードするレベルに達したことを示していると語った。

では、一見無関係に思える医師と 3D プリンターが、どのようにして劉中軍氏のオフィス内で融合したのでしょうか。物語は 2009 年に始まります。

2009年、北京大学第三病院と取引のある北京愛康易成医療設備有限公司は、金属材料用の新型3Dプリンターを購入した。定例のビジネス交流会で、エンジニアらが医師らに同装置の性能や特徴を紹介した。何でも印刷できると聞いて、劉中軍はすぐに興味をそそられました。彼は、3Dプリントされた整形外科用インプラントが、彼が長い間懸念していた問題の解決策を見つけるだろうと強く感じました。

「まず、特定の形状の整形外科用インプラントの必要性に対応することです。」劉中軍氏は、人間の脊椎骨のほとんどが非常に不規則な形状をしていると紹介した。例えば、第1頸椎と第2頸椎の環椎と軸椎は特殊な構造をしており、従来の製造方法では実現が難しい。国際的に認められている方法は、チタンメッシュサポートを使用する方法です（つまり、円柱状のチタン合金メッシュケージの一部を使用し、そこに骨を充填し、元の椎体を置き換え、骨の再生によって上下の接続を完成させます）。インプラント挿入後、フィット感は部分的しか得られず、硬さは大幅に低下し、回復期間が長くなり、患者に大きな痛みを引き起こします。 3D プリントは特定の構造を完璧に生成できるだけでなく、患者の特定のニーズを満たすパーソナライズされた製品をより良く製造することもできます。

「3Dプリントのもう一つの利点は、より明白です。」劉中軍氏は3Dプリント製品を取り出して記者に見せた。「人間の骨には気孔があり、骨細胞の成長のための空間を提供します。そして、3Dプリントされた人工インプラントは、骨組織に似た気孔を作ることができます。これにより、従来のようにメッシュケージに骨を充填する必要はなく、実際の骨が人工インプラントと融合し、堅固さに大きな利点があります。」

こうした考慮に基づいて、Liu Zhongjun 氏と彼のチームは、金属 3D プリント整形外科インプラントの応用と関連する基礎研究を数年にわたって開始しました。

2016年5月に登録された人工椎体製品は、人体に直接埋め込まれるクラスIII整形外科用インプラントであり、中国で最も監督管理レベルが高い医療機器製品です。劉中軍氏は「医学の発展は常にイノベーションと切り離せない。そして医療のイノベーションは患者のニーズから生まれる」と述べた。

2016年5月、北京大学第三病院の整形外科は、まれな悪性腫瘍である脊索腫を患う袁さんという特別な患者を入院させた。検査の結果、袁さんの腫瘍は非常に広範囲に浸潤しており、胸椎10、11、12番と腰椎1、2番を含む5つの椎骨が侵食されていることが判明しました。この場合、医学的に言えば、手術によって腫瘍を完全に除去する以外に方法はありません。

手術中の劉中軍<br /> 5つの椎骨を除去するだけでも、非常に難しい手術です。「脊髄、神経、血管、脊柱管内のその他の重要な構造を機能的に維持する必要もあります。私たちが直面する最大の問題は、5つの椎骨を除去した後、どのようにして脊椎を支えるかということです。」劉中軍氏は、5つの椎骨の長さは19センチメートルで、適切な長さの従来のチタンメッシュを見つけるのは困難であると説明しました。たとえ見つかったとしても、脊椎の「S」字型の生理的曲線を再現することは困難です。従来、このような症例に対して手術を行う方法はなかった。「3Dプリント技術により、もう1つの選択肢が生まれました。金属3Dプリント技術を使用して、患者の解剖学的構造に合わせて、5つの椎骨に似た形状と長さの人工椎骨を作成することができます」と劉中軍氏は語った。

6月12日午前8時、袁さんは治療車に横たわったまま手術室に運ばれた。 6時間以上経って、袁さんは手術室から押し出され、手術は成功した。手術中の出血量が少なく、バイタルサインも安定していたため、袁さんは手術後、集中治療室に入院することなく、一般病棟に直接戻された。 2週間後、彼は他の人の助けを借りて立ち上がって歩くことができるようになりました。 8月20日、袁さんは自力で病院を退院した。

袁氏は、CFDA認証に合格した3Dプリント人工椎骨の最初の受益者です。しかし、整形外科用3Dプリント技術の分野では、劉中軍氏と彼のチームが初めて世界の最前線に立ちました。2014年7月31日、彼らは軸腫瘍を患う12歳の子供の原発性脊椎悪性腫瘍の除去に成功し、世界初の3Dプリント人工カスタマイズ軸インプラントを完成させました。現在、さらに 5 人の患者に人工軸椎が移植されており、全員が順調に回復し、大きな成果を上げています。

劉中軍氏は、研究開発の初期段階を振り返り、小さなエピソードがあったと語った。整形外科技術者として、彼は3Dプリントのエンジニアや技術者に脊椎の形状を説明する必要がありました。すべて専門用語だったため、Liu Zhongjun氏は長時間説明しましたが、技術者たちは彼がどのような形状を望んでいるのか理解できませんでした。劉中軍は突然アイデアを思いつき、粘土を使って椎骨を形作り、それを技術者に渡して「こうしてください」と言った。技術者はこれに従ってサンプルを作り、何度も修正を重ねて、ようやく標準的な椎骨が完成しました。

今では、専門のエンジニアや技術者の助けは不要です。劉中軍氏の弟子である李子和博士は、必要な椎骨のデータをすべてコンピューターに入力し、印刷ファイルを生成し、希望のモデルをすばやく印刷するという「スキル」を習得しました。劉中軍氏は「医療分野の進歩と発展は、複数の学問分野の発展と交差とますます切り離せないものとなっている。医師として、単に医学知識を習得するだけでは時代遅れだ。中国は科学技術革新で違いを生み出すために、学際的な才能を必要としている」と述べた。

学際的かつ分野を超えた協力、そして何年にもわたる研究と臨床観察を経て、ついに画期的な成果が達成されました。これまでに、中国では国家食品医薬品局の登録を承認された3Dプリントの人体インプラントが2つあり、どちらも北京大学第三病院の整形外科チームによって開発された。 2015年9月に登録が承認されたこの3Dプリント人工股関節製品は、臨床検証を経て登録された世界初の3Dプリント人工股関節プロテーゼでもあります。発売から1年で、1,000人以上の患者に恩恵をもたらしました。

劉中軍氏は記者団に対し、3Dプリント技術は脊椎手術における大きな利点に加え、眼窩欠損修復、頭蓋骨修復、整形手術などにも優れた応用の見通しがあると語った。さらに、生体細胞材料を使用して臓器や組織を 3D プリントする最先端の研究も期待できます。劉中軍氏は「3Dプリント技術の応用は、中国医学が追随から超越へと転換する稀有な機会であることは間違いない。整形外科を例に挙げると、近年徐々に成熟してきた金属材料の3Dプリント技術を前に、全世界が同じスタートラインに立っている。ある意味で、中国の整形外科は、3Dプリント技術の臨床応用と関連の基礎研究において世界の最先端に立っている」と述べた。

さらに読む：「南極のクマの目録：臨床手術に 3D プリントを採用した国内の病院」

出典:チャイナトゥデイ

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