3D醫學打印
度身訂造治療新趨勢
1997年，荷李活科幻電影《The Fifth Element》講述一班科學家在一艘太空船中意外拾獲一隻手臂，他們利用先進的3D生物打印技術，分析該手臂的基因數據，並成功把該「人體」重組過來。無獨有偶，在1997年，3D醫學打印範疇也有嶄新的突破，當然，相比電影情節，當年的3D打印發展還落後得多。
究竟，3D打印技術從電影橋段走到現實，又有幾分可以成真？現階段醫學界普遍認為，透過3D打印技術，可為病人打印獨一無二的器官模型、醫療儀器，有助醫者術前規劃，為病人提供更合適的個人化治療，大大提升手術成效。至於將來有否機會打印心臟、腎臟等生物器官，還是未知之數，但，醫學突破總是時刻在發生。
老鼠長出耳朵#震撼醫學界
「1997年出現了一幅震撼醫學界的照片，就是那隻老鼠背部生了一隻耳仔，人人以為隻老鼠懂得聽人話！」
香港大學矯形及創傷外科學系楊偉國博士笑說，事實上，那次只是科學家一次組織工程(tissue regeneration)的實驗，但在醫學界引起極大迴響。該次是由美國組織工程學家Joseph Vacanti與曹誼林博士在哈佛大學醫學院一起合作的實驗研究，二人找到一些不會被人體排斥的塑膠，作為3D打印物料，製作耳朵支架，然後再把人造耳縫到實驗老鼠的背部。慢慢老鼠細胞在人造耳上生長，並轉化成軟骨，但是這隻耳朵沒有聽覺功能。楊博士說︰「有些嬰兒在胚胎發育不全，天生無耳殼，聽力很差，透過手術，可將人造耳殼移植到耳朵位置，有助病人改善外觀及聽力。」
混入生物細胞作「墨水」
十六年後，3D生物打印(3D bio printing)再有新突破。以往的人造耳殼是塑膠造的，美國Cornell University的研究團隊於2013年將生物細胞混入水凝膠(hydro gel)作打印材料，透過電腦掃描取得病人耳朵結構影像後，利用3D生物打印儀器，將耳朵支架一層層打印出來，製成品便像倒模般，更切合不同病人的生理需要，因這些假體內含生物細胞，若支架結構環境及細胞生長情況理想，移植人體後，可在體內逗留更長的時間，發揮更佳功效。
除耳朵外，外國有案例打印過(生物打印)三維氣道、膀胱、輸尿管、人工髖關節等，並成功放置人體，暫時大部分個案只屬臨牀測試。
個人化治療#提升手術成效
楊博士指，相對更複雜的內臟組織，骨頭相信是最快成功做到生物打印的器官，然而即使能夠成功打印，目前都只屬臨牀測試階段。香港大學剛購入全港首部3D生物打印儀器，希望加強有關方面的研究，及將來的臨牀測試。「以骨頭為例，生物打印技術已經做到，未能廣泛應用的原因是政府有監管，譬如GMP如何設定，暫時未有標準。當然，我們會繼續進行臨牀測試，若個別病人有需要又符合條件，我們會跟醫院有關方面申請，希望病人能夠受惠於這項技術。」
說到底，3D醫學打印技術，對醫患有何好處？簡單一點來說，就是tailor made的個人化治療，能夠減低手術風險，長遠提升療程成效。他舉例說，有病人撞車，有一大段腿骨碎裂，以往做法一是縮骨，但會變長短腳，或取自體骨或屍骨補上，可自體骨不能取太多，屍骨也較易脆，生長速度很慢，若可利用生物打印技術，只需將尺寸合適的人造骨完整打印出來，填上缺骨位置便成，因骨骼支架含生物細胞，癒合時間較快，手術風險亦更低。
完善術前規劃
在醫學用途上，目前3D打印技術最常應用在手術前的規劃，即一般模型打印，常用材料是塑膠，在骨科手術來說也很普遍。譬如有些病人患骨癌，透過取得病人電腦掃描數據，構建患處的三維模型，醫生做手術前，能夠看到實物，知道腫瘤在骨骼哪個位置，進行預習，便可增加手術成效。另一些情況是，有病人因意外導致盆骨碎裂，因3D模型是一比一的，預習手術時，將固定骨骼的鋼板、螺絲「拗定先」，試好位，真正動手術時，便可準備所有工具，精確無誤及更快捷地完成手術。
可應用於複雜心臟手術
骨科以外，3D打印技術在心臟手術來說，起到關鍵的輔助作用。中文大學心臟科最近聯同香港大學機械工程系合作，成功將3D打印技術應用在複雜的左心耳封堵術個案中。心臟結構非常複雜，而左心耳尺寸、形狀，更被指像指紋般，人人不盡相同，因而大大增加手術難度。
中大醫學院心臟科名譽臨牀助理教授張誠謙醫生解釋，左心耳封堵手術通常應用於患有心房顫動病人身上，用以預防中風。「此病長者較常見，房顫即是心房唔係太識郁，血液運行不暢順、會凝固，令左心耳有機會形成血塊，如有血塊走到腦血管，就會中風；去到腳，沒血到就要割；去到腸，便會壞死。傳統方法是食薄血丸，但有流血不止的風險，曾有名七十八歲女病人因服用抗凝血藥後，出現出血性中風，不宜再服藥，需要做左心耳封堵術，因其左心耳呈雙葉狀，增加完全封堵的難度，決定以3D打印製造其左心耳模型，以助手術。」手術透過導管將封堵器帶到左心耳，封了左心耳入口，血塊便流不出去。
假體左心耳#作術前預習
他又指，因左心耳形狀人人不一，有些像西蘭花、有些似龍蝦爪，可現存的封堵器只得幾種尺寸，未必所有病人也適用。如最終封堵器形狀不適合病人，無論是太大、太小，或堵塞的方位不當，都有機會令其鬆掉，或令血塊滲漏，影響手術成效；「若部分病人需要動手術取回不適合的封堵器，因封堵器周邊有些倒鈎，負責穩固左心耳牆壁，收回導管時，有機會刺穿左心耳壁，可導致心包出血，嚴重會死亡，需做開胸手術修補破損位置。」
今次研究，突破點是利用軟矽膠來做3D打印物料，製作像真度極高的左心耳模型，讓醫生能夠在手術前準確地評估封堵器的尺寸，減省手術時間之餘，亦減少手術風險及併發症。中大醫學院心臟科助理教授李沛威醫生表示，「心臟組織柔軟兼具彈性，一般物料如橡膠會太硬，有些塑膠則過軟、易脆，是次用軟矽膠，質感像真的左心耳。」醫生會於手術前收集病人的三維超聲波及電腦掃描的資料，轉化成3D打印數據，製作專屬此病人的左心耳模型，進行術前預習。由去年至今，中大醫學院約有五至六個病人應用3D打印技術於左心耳封堵術上，術前嘗試與真正手術效果相符，未來將進行大型研究，提升準確度。
度身訂造支架#指日可待
事實上，在打印一般3D模型層面，技術已經非常成熟，醫學界進一步希望以3D打印技術，製作可放置人體的醫療儀器，如心臟支架。李醫生解釋，「打個支架出來不難，難處是個支架一定要摺得埋，可放入導管中，導管張開時，支架又懂得回復原本形狀，那是工程學、物料科學的問題，相信五年內應該可以解決。」那麼，個人化支架有什麼好處？「同樣道理，每人的血管形狀不同，現在只是用某幾種尺寸的支架，如支架位置不對，會令血塊再阻塞、血管壁組織增生，或者放得唔好，阻塞其他血管分支，造成心肌梗塞，若屆時可根據病人血管形狀、病變，設計一個個人化支架，以上風險便可大大減少。」
生物打印心臟#路遙遠
如此，電影中複製心臟、腎臟等橋段，距離我們又有多遠？「打印個心臟？一來心臟太多血管，況且現時生物打印儀器很難一次過打咁多東西，就算有十個噴頭，都很難協作，除心要跳，還要細胞、肌肉懂得協作，協作不到就是心律不正，係個病，暫時3D生物打印機製作不到如此複雜的器官結構。」楊博士說。
李醫生亦認同，要打印內臟器官放於人體，並能成功運作，還有太多關卡要跨越，例如跟人體有無排斥、器官能否運作、可以運作多久，中間牽涉很多基因及遺傳學，都需要一一解決。對於未來發展，他比較樂觀，「要打印如心臟般複雜器官，一定要醫學突破，但我相信十至十五年後應該可以做到，因你永遠不知道科學家在做什麼。」
