3D打印椎间融合器的优势与挑战

近年来，3D打印技术兴起和成熟，在骨科椎间融合器领域的应用也崭露头角。相比传统设计，3D打印椎间融合器的优势在于：有利于骨融合的多孔结构、增强放射成像的材料特性，与骨骼有机体相匹配的弹性模量设计。

目前椎间融合器已成为3D打印技术在骨科植入物制造领域产业化推进速度最快的领域之一。统计数据显示，2017年中国3D打印融合器市场规模4149.50万元，到2021年中国3D打印融合器市场规模8411.19万元，增长率18.99 %。

图表：2017-2022年中国3D打印融合器市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院

图表：3D打印融合器产业链

资料来源：智研瞻产业研究院

3D打印钛合金椎间融合器的特点与优势

宏观结构

• 具有良好的机械强度、耐腐蚀性和生物相容性。

  
  

• 通过调整微孔的大小，使3D打印钛合金椎间融合器具有与椎体皮质骨和松质骨接近的弹性模量。

  
  

• 3D打印钛合金椎间融合器符合椎体间上下终板的解剖形态，利于与上下终板充分接触，置入方便，初始稳定性好，无需担心融合器移位。

  
  

• 表面粗糙工艺使本产品具有微米和纳米级的表面粗糙度，可使骨与植入物表面相互锚定最大化，从而改善骨整合。有研究表明表面粗糙度对细胞分化和增殖具有有益的作用。

微观结构

• 多孔钛结构中孔隙相互连通有利于骨生长。人皮质骨孔隙率为5-10%，而松质骨孔隙率为75%-90%，松质骨呈高度孔隙状，由紧密连通、直径300-1000μm不等的孔构架而成。目前研究认为：允许骨组织长入的最小孔径是100μm，毛细血管生成的临界尺寸为300-400μm，而骨长入效果在孔径为300-1000μm范围时具有更好的表现。

  
  

• 体外研究表明，与固体钛表面相比，在相似的多孔钛结构上培养的人类干细胞具有更大的成骨细胞分化能力。

  
  

• 钛合金仿生骨小梁结构，设计孔隙率为70-80%，孔径300-800um，能有效提供供骨组织长入的孔道和利于细胞粘附的表面，利于新生骨通过微孔长入融合器内部并粘附于金属骨小梁表面，形成骨-内植物的紧密结合体。

• 高放射线可见性可实现更好的轮廓显示，便于术中、术后清晰地观察融合器，评估椎体终板与植入物的接触情况，以及骨融合情况。

  
  

• X射线清晰可见植入物，CT扫描无散射，MRI伪影减少，无钽标记物散射。

临床应用

• 良好的钛合金仿生骨小梁结构设计使融合器内部无需植骨（无植骨窗），动物试验及临床试验表明，该产品能够使相邻骨组织自由长入其中，最终实现骨融合。

  
  

• 无植骨窗设计便于手术操作，减少融合器被污染的可能，从而减少手术感染几率。

  
  

• 型号规格多样，既能满足颈椎、腰椎椎间融合手术的需求，也能满足ALIF、TLIF、OLIF等多种手术方式的需要。

3D打印融合器行业发展面临的风险

中国目前在3D打印医疗器械方面仍然监管不足，缺乏相关的审批认证制度方案。

一、管理制度滞后，累及医疗3D产业健康发展

自2014年《医疗器械监督管理条例》（以下简称《条例》）修订以来，国家发布了众多配套部门规章以及规范性文件，基于医疗器械产品全生命周期初步构建了全程管理体系。

该管理体系以医疗器械的质量管理为重心，以医疗器械法规体系和技术标准为两大管理依据。但是，目前针对3D打印医疗器械的管理依据基本处于空白状态。

首先，对于非传统制造工艺生产的3D打印医疗器械，管理部门积累的监管经验极少，对它的生产经营以及使用的管理实践还很欠缺，要在短时间内出台针对性的行政管理规范很难。

其次，严重缺乏相关技术标准。技术标准是医疗器械企业进行研发设计、检验检测、生产经营的重要依据。目前对于采用3D打印技术制备的医疗器械，中国还没有出台任何针对性的国家标准和行业标准。这既给相关企业对3D打印医疗器械的质量控制造成很大的困难，也给监管部门对3D打印医疗器械的技术审评带来很大的障碍。

再次，一些医疗器械质量管理规范如《医疗器械临床试验质量管理规范》（医疗器械GCP）、《医疗器械生产质量管理规范》（医疗器械GMP）、《医疗器械经营质量管理规范》（医疗器械GSP），主要适用于采用传统制造工艺生产的医疗器械，缺乏对3D打印医疗器械质量管理的指引内容。

二、技术评价受限，影响上市审批进展

目前，对3D打印医疗器械进行技术评价，不论是企业还是监管部门都存在不少的困难。

第一，对3D打印医疗器械进行管理，首先要解决的问题是它的分类。3D打印医疗器械的结构特征和使用形式有别于传统工艺生产的医疗器械，难以运用以往的分类经验来判断产品风险的高低。因此要对其进行严格的分类比较困难。目前，CFDA将定制增材制造（3D打印）骨科植入物等8类产品收录到《需进行临床试验审批的第三类医疗器械目录》中。

第二，就企业而言，3D打印设备与使用的材料是关系到产品质量的两大因素。随着3D打印设备的进步，打印材料也从无生物相容性的材料拓展到了活性细胞、蛋白及其他细胞外基质。对于不同的打印材料，质量控制有不同的关注点。

第三，就监管部门而言，采用3D打印技术制备的标准化医疗器械，制造工艺和材料的安全有效性是技术审评的重点。3D打印医疗器械的技术审评应该在审评方法、程序、重点关键点上与传统医疗器械不同，但目前还没有相关的规定出台。

由此可见，由于对逐层加工这种崭新的制造技术研究尚浅，对该技术制备医疗器械的全生命周期缺乏深入探索，对产品的有效检测检验手段尚不明晰，对产品制造过程的验证、确认过程以及放行方式尚处于探索阶段，相关企业及其监管部门对3D打印医疗器械的技术评价还有一段较长的路要走，也会影响产品的上市审批进展。

本文根据智研瞻产业研究院、新浪财经资料整理