【工商時報  2015-08-12  經營知識   記者謝秀欣  報導】

（本文作者為工研院IEK ITIS計畫產業分析師）

源於器官培養的3D生物列印（3DBP），目前已經可以列印出小型立體的細胞及複雜的組織，隨著技術成熟與對移植器官的迫切需求，預估市場機會將在未來5年大幅提升，在2019年被廣泛採用，客製化又將是改善醫療產業的潛力商機。

3D生物列印的發展，主要是為了解決移植器官不足的問題。

移植器官雖有使用人體幹細胞培養的方式，且人體幹細胞的研究一直推陳出新，但問題在於幹細胞分化後，無法保證是否能形成器官該有的形狀與結構，不確定性因素較高；3D生物列印使用「生物墨水」（BIO-INKS），亦即從病人的幹細胞、或各種可以從身上取得再培養的細胞，經由3D生物列印設備客製化生成特定的細胞與組織，預期能解決人體幹細胞分化不確定性的問題。

但3D生物列印是使用生物墨水的方式，存在材料安全性、結構設計、細胞來源和血管結構等問題。

由於3D生物列印在開發過程中，亟需工程及生物領域的配合進行，目前投入3D生物列印研究的公司及研究機構又可分為4個層面：軟體開發、生產代工、材料供應及3D掃描。也由於對於精準度的需求嚴苛，3D生物列印在硬體設施的適用需要上需更注意。

例如，列印速度及製造時程需要降低，避免列印出的組織因缺乏氧氣及營養素而受損；由於列印出的生物組織將與自身人體組織直接接觸，因此需要低毒性或消毒過程，避免造成汙染。

由於3D生物列印有材料安全性、結構設計、細胞來源和血管結構等問題，學研機構在積極投入研究後，近來陸續傳出在材料與結構設計方面的研究新進展：

具彈性的複合式膠體材料

「HA-PNIPAAM」

蘇黎世聯邦理工學院（ETHZ）的研究團隊公布，開發的第一個具有彈性的3D生物列印材料，在軟骨組織上將具有很高的應用潛力。

有別於以往軟骨製造方式的強度不足，ETHZ研究團隊開發的新材料是具彈性的複合式材料，係天然骨組織和N-異丙基（N-ISOPROPYLACRYLAMIDE）、透明質酸的結合，形成HA-PNIPAAM膠體，可同時表現強固及柔軟的特性，紓解並維持關節的正常運動。

熱交換器

解決人造器官排熱問題

不管是自然界或工程領域，都需要高效率的熱交換及傳導系統，人造器官也不例外。

由HRL LABORATORIES LLC開發的新型熱交換技術，採用3D列印的光固化成型法來製造交換器的支架。支架由光敏聚合物構成，先均勻的塗布感光樹酯後，再選擇性的去除光敏聚合物，最後留下由聚對二甲苯聚合物（PARYLENE POLYMERS）構成的熱交換器。

此熱交換器之器壁厚度僅1微米左右，透過加速熱傳導，達成熱交換。HRL LABORATORIES LLC研究團隊表示，未來將運用在人造器官中（如肺臟、腎臟），解決人造器官無法自行排熱的問題，將使人造器官研究有突破性的發展。

製造層次較厚的組織

3D生物列印在應用上被限制於製造層次較薄的組織，這是因為製造較厚的組織時，常因為細胞遭遇氧氣及營養不足的狀況，導致死亡。

所以哈佛大學研究團隊提出多層次「生物墨水」（BIO-INKS）的概念，利用細胞外基質和活細胞的層狀組合，列印出的小血管，其生物特性將更類似於原生組織，複雜性是最接近人體組織的印刷組織。

3D生物列印人造器官為積層製造在生醫應用的最理想化目標，但是由於材料和製程上的限制，以及開發的高技術門檻，因此雖然全球有許多單位投入，實質進展仍有許多侷限。

目前已經有學研單位針對製作局部組織有些進程，包括開發使用透明質酸為基材，添加BIO-INKS的複合新材料，或是朝向各項局部組織如血管、冠狀動脈支架、皮膚等的開發。

但是這些產品在臨床的實際使用上，仍需搭配各國衛生主管機關在上市和使用上的審核和環境規範，並針對產品的安全性和生物相容性進行評估標準的建立。

因此3D生物列印未來的發展趨勢及其改善醫療產業的潛力，將取決於產品應用的廣度和環境建立的完善度。

台灣在硬組織進展快

台灣目前在3D生物列印的發展多處在學研階段，如工研院生醫所等；廠商部分，僅生物3D列印公司三鼎生技，預計將投入以細胞、組織為基材的3D列印應用，首案鎖定乳癌患者，將申請啟動「癌症醫療╱器官（乳房）重建」臨床程序。

相較3D生物列印人造器官等軟組織，我國目前在3D列印應用在硬組織方面則有階段性進展，已有廠商進行骨科植入物的3D列印開發和製作。

由於我國在生醫領域的3D列印環境正在建構，相關上市和查登的標準和法規依據都在建立，因此廠商多往國外進行產品認證。

另外，由於現在3D列印的機台設備多綁定材料，因此產業應用容易受限；目前我國尚未有單位投入開發3D列印上游的材料，但在機台設備上已有進行相關研究，包括工研院南分院、台科大等單位。

建議，可以搭配相關材料的研發單位，配合機台的開發和製程的設計，進行整體發展，未來在全球與我國的產業應用更明朗後，在相關開發上將更便利。