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3D打印大有可为——医用增材制造技术标准化工作持续推进

作者: 韩倩倩 王春仁 杨昭鹏    来源: 中国健康传媒集团-中国医药报 2019-02-12

图为应用3D打印脊柱模型辅助脊柱矫形手术。国家增材制造创新中心供图


  近年来,医用增材制造技术(3D打印)在医疗领域发展迅速。为应对新一轮技术变革,自2014年起,中国食品药品检定研究院(以下简称“中检院”)作为全国医用增材制造标准技术归口单位开展医用增材制造医疗器械的检验技术和标准化研究,建立了涵盖原材料、工艺验证、设备、数据传输和风险管理的标准体系和质控关键点。2018年,中检院组织制定了医用增材制造技术行业标准《用于增材制造的医用Ti-6AL-4V粉末》,推动增材制造技术的标准化工作,助力增材制造技术在医疗领域的安全有效应用。


具备独特技术优势


  医用增材制造技术是生物医用材料、工程和生命科学交叉融汇并迅速发展的新兴制造学科。现阶段,3D打印技术可以应用于手术演练模型、个性化骨科植入医疗器械以及组织工程支架等的制造。组织工程支架打印结合细胞打印,为再生医学领域复杂组织器官的制造带来了希望。


  目前,3D打印的具体成型技术有8种:①挤出成型技术,精确度达20微米~100微米,可打印液体类材料和凝胶类材料,应用于高分子类复杂结构医疗器械的制造和手术演练模型的构建;②喷墨式成型技术,精确度为50微米,可打印高分子材料和陶瓷材料,应用于齿科产品的制造;③光固化成型技术,精确度为0.5微米~50微米,可打印凝胶、高分子和陶瓷复合材料;④激光/电子束熔融成型技术,精确度为5微米~10微米,可打印金属材料,应用于骨科植入物的制造;⑤三维拼装成型技术,精确度为100微米,可打印凝胶高分子和陶瓷复合材料;⑥熔融层积成型技术,精确度为100微米,可打印热敏树脂及复合材料;⑦选区激光烧结技术,精确度为50微米,可打印高分子和陶瓷材料;⑧生物激光打印技术,精确度为10微米,可打印液体和凝胶类材料。


  3D打印应用于医疗器械制备具有独特的技术优势。首先,可加工材料范围广。金属、高分子、凝胶甚至液体类材料都可通过3D打印技术成型为医疗器械产品。其次,可制造精密复杂结构和个性化结构。医疗器械种类繁多,很多医疗器械的独特精密和内部复杂结构对其临床预期用途的发挥至关重要。3D打印技术可以精确控制内部复杂结构,使工艺的可控性增强。例如,在个性化体外模型制造领域,手术演练模型被界定为二类医疗器械,已经有3D打印技术制备的下颌骨手术演练模型和肝肿瘤切除模型应用于临床;在个性化植入体制造方面,个性化的骨科植入物已应用于临床,用于修复骨肿瘤切除后的骨组织修复;在可降解组织工程支架制造方面,可降解的3D打印脑膜修复材料已在临床应用;细胞3D打印应用于体外构建组织工程血管和肿瘤药物筛选用模型的制备。


发展受到高度重视


  医用增材制造技术在医疗领域应用的巨大前景受到各个国家的高度重视。欧盟和美国正在积极设立专项研究计划,推动3D打印技术的应用和相关标准法规的建设。例如,2017年12月5日,美国食品药品管理局(FDA)正式发布《增材制造医疗器械技术考量指南》(TechnicalConsiderationsAdditiveForManufacturedDevices),对应用3D打印技术制造医疗器械应该考虑的风险点和要求进行了详细说明。早在2007年,欧盟就已批准由激光术熔融(EMB)技术制备的关节臼杯上市。


  我国一直重视医用增材制造技术在医疗领域的发展。2015年,工业和信息化部、国家发展改革委、财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》(以下简称《推进计划》),提出“着力突破增材制造专用材料”,包含医用增材制造专用材料;“加快提升增材制造工艺技术水平”,包含用于医用植入物、金属牙冠、手术导板、医疗模型等材料的增材制造工艺技术;“加速发展增材制造装备及核心器件”,包含医用增材制造装备;“大力推进应用示范”,包含完善个性化增材制造医疗器械在产品分类、临床验证、产品注册、市场准入等方面的政策法规。


  2017年,按照《中国制造2025》的总体部署,在有效衔接《推进计划》的基础上,结合当前增材制造产业面临的新形势、新机遇、新需求,工业和信息化部等12部门联合印发了《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》(以下简称《行动计划》)。其中明确提出提升增材制造专用材料质量,提升增材制造装备、核心器件及软件质量,推动增材制造在医疗领域规模化应用,其中包括提升生物增材制造材料、生物材料增材制造装备的材料质量,推进“3D打印+医疗”的示范应用。


助推行业健康发展


  《推进计划》明确提出建立和完善增材制造产业标准体系,其中包括研究制订增材制造工艺、装备、材料、数据接口、产品质量控制与性能评价等行业及国家标准。《行动计划》将增材制造标准体系作为产业发展的支撑体系之一,要求强化企业在标准化活动中的主体地位,加大力度开展增材制造标准制修订工作,不断提升标准水平,增强标准有效供给,以标准支撑和引领增材制造产业发展。


  为贯彻落实国家政策部署,2017年12月,中检院成立了医用增材制造标准工作组,开展对医用增材制造技术的标准化研究,并着手行业标准的制订。2018年2月,中检院提出作为全国医用增材制造技术标准化技术归口单位的申请,并于2018年5月获国家药品监管局批准筹建。筹建期间,中检院向社会征集并经遴选、公示,确定了由3位院士作为顾问、40位专家组成的归口单位专家组;起草了归口单位章程草案、归口管理的标准领域和体系框架草案以及未来3年工作规划等相关文件。按照规定,归口单位将负责制修订医用增材制造技术涉及的术语、分类、数据、软件、设备、原材料与工艺控制的评价方法,以及标准物质的国家标准和行业标准。在上述领域内,主要制订医用增材制造技术所涉及的材料、设备、软件和工艺方面的标准。将开展的具体工作为:研究提出医用增材制造技术用于医疗器械领域的国家标准和行业标准的制修订及研究项目的规划和计划建议;承担本专业领域内国家标准和行业标准的制修订任务;负责报批标准的整理、校核、编辑、上报及修改工作;负责收集、整理相关标准资料,建立本专业领域标准档案;开展本专业领域国家标准、行业标准的宣传贯彻,以及学术交流活动和标准化科学研究工作,协助培训标准化工作人员;积极参与该领域国际标准化组织的标准化技术业务工作。


  2018年11月,中检院在北京组织召开了“2018年医用增材制造技术行业标准审定会”。来自国家药品监管局医疗器械标准管理中心、医疗器械技术审评中心、医疗器械检验机构、生产企业、临床机构、高等院校、科研院所等医用增材制造技术领域的专家及标准起草组成员等参加了会议。与会者听取了起草工作组对行业标准《用于增材制造的医用Ti-6AL-4V粉末》主要内容、编制过程、征求意见及处理情况的说明,并逐条对标准进行了研究讨论,提出修改意见。经投票表决,该标准通过专家会审定,目前已进入报批程序。


  面对现阶段评价技术的缺乏,中检院承担了“十三五”科技部重点研发计划课题“3D打印医疗器械检验和评价技术研究”,设置了学科带头人基金项目“三维打印血管支架的质量控制和血管内皮化研究”。此外,中检院医疗器械检定所还参与了医疗器械技术审评中心牵头的“十三五”科技部重点研发计划项目——“新型医用金属材料及植入器械产品标准及其审评科学基础研究”中的课题“低模量钛合金及植入器械检测技术和标准化研究”。该课题已于1月8日在北京正式启动。


  医用增材制造技术标准化工作的推进,将促进我国增材制造技术产业化的进程,推动产业的健康发展。中检院将加强与其他国家及组织的标准化工作交流与合作,为国家监管部门建立相关法律法规提出建设性意见,并为制定特殊风险分析、风险控制等法规性指导原则提供技术支持。(作者单位:中国食品药品检定研究院)


(责任编辑:于海平)

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