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3D生物列印示意圖。圖/REUTERS

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3D生物列印是近年來在生物醫學領域很夯的熱門話題。所謂3D生物列印就是利用3D列印技術，以生物相容性材料和活細胞為材料，列印出複雜三維功能性組織結構，這些列印出來的功能性組織或器官，可以應用到器官移植、藥物篩選等領域。

例如在器官移植方面，解決捐贈器官數量不足、移植配對成功機率低，以及受贈患者須終身服用抗排斥藥等諸多缺點。藥物篩選則可避免新藥開發時進行動物實驗，甚至是人體實驗。

3D生物列印最終目標是列印活體器官，但面對組織工程中血管生成的關鍵問題，例如骨髓間充質幹細胞（MSC），膠原纖維細胞，內皮細胞（EC）等因素之影響仍需進一步解決，目前大多存在於實驗室階段，多數成果都是簡單生命體或是細胞組織列印，如3D生物列印人工肝臟。

目前3D生物列印在人體植入物，具有產業化前景主要是藥物篩選、骨骼、骨關節列印和血管支架。其中骨骼、骨關節植入物列印是受到重視的領域，主因人口老化，年齡相關疾病如退化性關節炎、骨質疏鬆等症狀之數量也在增加，加上運動傷害的風險，骨關節炎和類風濕性關節炎都會影響自由活動中滑膜關節的結構，例如髖，膝，肩，踝和肘，特別是髖部和膝蓋負重關節的疼痛對走動功能的影響很大。

目前已研究的人工骨主要集中在兩類：一類是以硫酸鈣、碳酸鈣、磷酸鈣以及羥基磷灰石（HA）等為代表的無機鈣鹽，另一類是以有機高分子材料為代表的生物聚合物。據SmarTech預測，未來3D列印植入物是3D列印醫療裝置中規模最大應用市場，其中骨科植入物是市場價值中最大的可植入裝置部分，主要可分三類別，分別為關節植入物、脊柱植入物及創傷植入物（如骨板、骨釘等）。

2016年全球骨科植入物市場規模達419億美元，其中關節植入物為229億美元、占54.7%；脊柱植入物為113億美元、占27%；創傷植入物為77億美元、占18.3%。若依解剖位置市場可細分為：關節（膝關節、髖關節）植入物、脊柱（內固定、微創）植入物、肩頰骨植入物、顱頜面（下頜骨、顱骨）植入物、足踝（足踝截骨關節、腳趾骨）植入物等。

從專利申請的年代來看，根據國研院科政中心分析美國專利局之專利，目前3D列印各類骨科植入物，依解剖位置來看：肘部/膝蓋關節在2004年，肩關節在2010年，頭骨/顱骨及下頜骨重建是在2011及2012年之間，脊柱關節及髖關節是2012年以後才開始申請專利。植入物材料最早是2000年含磷灰石材料，2007年的鈣基金屬/合金，可降解高分子複合材料是2014年才申請專利。

2016年3月Amedica公司公布氮化矽脊柱融合器植入物研發，將緻密的氮化矽陶瓷材料，透過電腦輔助設計得到產品結構圖形，並採用3D列印的自動注漿成型技術，將陶瓷漿料的逐層擠出成型製備出複雜的陶瓷三維結構。

由於人體骨骼處於充滿潮濕、溫暖和鹽水的環境，這樣的環境具有一定的腐蝕性，並會影響植入物與人體骨骼的結合程度和植入物的使用壽命。

Amedica公司表示，氮化矽材料具有穩定性、耐磨性、強度和斷裂韌度、抗菌性可滿足植入物製造的要求。美國FDA即將公布首個3D列印氮化矽脊柱融合器的審批結果，對於自動注漿成型的3D列印技術可製造複雜陶瓷植入物打開未來之門，對於老年人骨骼退化或骨骼受傷者將創造新生機。

（作者是科技政策研究與資訊中心專利布局研究團隊研究員）

STPI簡介

國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心（STPI）成立於1974年，長期以來專責於我國科技研究發展所需資料之蒐集、建置、分析、處理與服務等事務。近年來在既有之資訊資源基礎上，強化趨勢研析、關鍵議題發掘、專利情報分析、創新創業推動等能量，並協助政府擘劃我國科技發展之願景與策略，以朝向專業之科技政策研究智庫邁進。

專利布局情報分析團隊

本團隊積極建立智財政策與經營策略、專利總體趨勢統計、技術競爭動態、專利訴訟及專利聯盟與標準組織等研究能量，透過系統化蒐集整理，並長期分析追蹤相關技術及公司發展之趨勢、專利佈署相關概況，提供產官學研界研發決策參考。

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