7月11日，國家組織高值醫(yī)用耗材聯(lián)合采購辦公室發(fā)布了《國家組織骨科脊柱類耗材集中帶量采購公告（第1號）》（以下簡稱公告）。該公告的發(fā)布，意味著自第一批心臟支架，第二批骨科關節(jié)后，第三批國家?guī)Я坎少徳诠强萍怪I域正式開啟。公告中提示了一條重要信息-3D打印產(chǎn)品可自愿參與這次的骨科脊柱類耗材國家?guī)Я坎少彙?/p>
業(yè)內(nèi)有觀點認為，3D打印產(chǎn)品初入國采，三年的市場放量機會誰都不想錯過，但這次企業(yè)參與度如何，還要看后續(xù)是否會給3D打印設置單獨的競價目錄或特別的規(guī)則。
如果參考之前的醫(yī)療器械國采情況，連續(xù)集采降價沖擊之下，骨科高值耗材集采中標價格“骨折”已不再是新鮮事。例如，2021年9月，中選國家集采的人工關節(jié)產(chǎn)品價格從平均3萬元降到1萬元以內(nèi)，降幅達到80%以上。那么，3D打印脊柱類產(chǎn)品將面臨的是以低價贏得量，還是通過其為產(chǎn)品帶來的高附加值，憑借差異化的技術壁壘打開新局面？這個問題雖目前沒有答案，但值得思考。
3D打印技術得以在骨科植入物制造領域產(chǎn)業(yè)化的其中一點重要原因是為骨科企業(yè)帶來產(chǎn)品創(chuàng)新的全新技術手段。本期，3D科學谷將回顧已上市金屬3D打印脊柱類產(chǎn)品中所蘊含的技術創(chuàng)新性，以及業(yè)界對生物活性骨科新材料3D打印的探索為產(chǎn)品創(chuàng)新帶來的潛能。借此，對以上問題進行拋磚引玉的思考。
▲公告原文鏈接：
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根據(jù)公告，本次集中帶量采購產(chǎn)品為骨科脊柱類醫(yī)用耗材，根據(jù)手術類型、手術部位、入路方式等組建產(chǎn)品系統(tǒng)進行采購，共分為14個產(chǎn)品系統(tǒng)類別。其中包含了頸椎融合器、胸腰椎融合器、人工椎間盤等脊柱類耗材。
3D打印多孔結構與脊柱融合器
《3D打印-增材制造新材料醫(yī)療器械及相關監(jiān)管科學研究進展概況》一文談到，得益于激光粉末床熔融技術和電子束粉末床熔融技術的快速發(fā)展，金屬材料被廣泛用于硬組織替代物的3D打印，其中鈦系、鈷鉻鉬系、鉭系合金由于具備較好的生物相容性、耐蝕性、抗疲勞性和耐摩擦磨損性能，獲得了廣泛應用。然而，金屬材料的硬度和剛度遠大于人體骨骼，植入人體內(nèi)易引發(fā)應力屏蔽效應，會導致替代物松動的情況發(fā)生。
為了避免應力屏蔽現(xiàn)象，可通過3D打印技術制作具有多孔結構的骨植入物，一方面能夠通過調(diào)節(jié)孔隙率來調(diào)整骨植入物的剛度；另一方面，多孔結構有利于骨植入物周圍組織長入，通過新骨生成增強骨植入物與人體組織有效整合，充分利用了增材制造技術成形復雜結構的優(yōu)勢。
? 3D科學谷白皮書
已獲得3D打印產(chǎn)品上市批準的骨科制造商，圍繞金屬3D打印技術制造多孔結構方面的優(yōu)勢，分別開發(fā)了自己的專利技術。
此外，根據(jù)3D科學谷的市場觀察，多孔結構也是監(jiān)督機構所關注的重點。例如，國家藥監(jiān)局器審中心在《3D打印椎間融合器技術審評要點》中提出的需要重點關注的點就包括多孔部分最小結構單元。
進化中的“多孔”與數(shù)字化骨科材料
3D打印與數(shù)字骨科的發(fā)展相輔相成，從而使得數(shù)字材料在植入物領域的發(fā)展踏上了加速之路。
3D科學谷曾在《梯度植入物的發(fā)展趨勢與機遇，洞悉3D打印成就下一代骨科產(chǎn)品》一文談了3D打印高級梯度骨科材料的主要趨勢和機遇。基于目標函數(shù)，增材制造-3D打印的多孔結構中的孔隙特征分布可以是均勻的或不均勻的。均勻骨科支架具有特定形狀和孔隙率的晶胞，而非均勻（梯度）支架包括晶胞陣列，其中孔隙特征在設計空間中空間變化以在支架中實現(xiàn)一種或多種功能。
? 3D科學谷白皮書
3D打印可以在不同材料分布的幫助下根據(jù)負載和其他要求調(diào)整局部密度。此外，借助定制的數(shù)字材料，可以優(yōu)化組件的重量、成本和生產(chǎn)時間。增材制造 (AM) 作為一項突破性的生產(chǎn)技術，由于其幾何自由度和免模具生產(chǎn)，成為可以高效生產(chǎn)數(shù)字材料的工藝。
新材料、新潛能
生物活性骨科新材料3D打印探索
l 提高PEEK 材料的生物相容性
科學研究表明，骨重塑對動態(tài)載荷高度敏感。由于應力屏蔽效應，有必要研究和開發(fā)具有比金屬材料低的彈性模量的材料，以及用于骨科植入物的高短期和長期機械阻力。
▲具有Brantingan籠的PEEK 生物細胞結構。
doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.111726
PEEK材料憑借其化學性質(zhì)穩(wěn)定、較高結構強度且符合骨骼力學性能等特點，成為骨科植入物的優(yōu)秀材料。該材料已被廣泛用于骨科領域的機械支撐應用，例如脊柱、胸椎、腰椎頸椎、骨科和創(chuàng)傷植入物。
▲鎂表面活化的3D打印多孔PEEK支架促進血管生成和成骨的機制
doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.05.011
但其具有加工困難，高生物惰性等缺點，限制了該材料的設計與應用。如何提高聚醚醚酮植入材料生物安全性、生物相容性、成骨效應和其他生物活性是進一步擴展該材料應用的重要突破點。
在這方面，第四軍醫(yī)大學的郭征、李小康聯(lián)合北京大學的鄭玉鋒研究團隊通過熔融成型沉積技術制備了3D打印多孔PEEK植入物，對其表面沉積聚多巴胺（PDA）涂層，并利用PDA螯合具有生物活性的鎂離子。研究團隊證明了3D打印多孔PEEK結構并在其表面構建PDA-Mg2+生物活性涂層是一種提高生物惰性材料生物相容性的簡便方法。
l 生物活性復合材料3D打印探索
鈦和鈦合金具有良好的生物相容性和力學性能，廣泛應用于人體硬組織修復。但鈦和鈦合金的生物惰性使其植入假體很難和人體組織產(chǎn)生緊密的化學鍵合。另外，鈦和鈦合金的彈性模量比人體骨高很多，植入人體后容易產(chǎn)生“應力屏蔽”效應，影響植入材料附近骨組織的正常發(fā)育。因此，作為骨植入材料，需進一步提高鈦和鈦合金的生物活性，以促進骨組織再生。
羥基磷灰石(hydroxyapatite，HAp)作為人體骨骼的主要無機成分，具有優(yōu)異的生物活性、生物相容性和骨傳導性等，是一種應用前景廣闊的生物陶瓷。但HAp的斷裂韌性差，在生理條件下抗疲勞性能不足。將鈦與羥基磷灰石復合能綜合二者的優(yōu)勢，得到兼顧優(yōu)異力學性能和高生物活性的復合材料。
? 圖：升華三維
中南大學與升華三維團隊以銣（Rb）改性羥基磷灰石（HAp）粉末和Ti粉為原料，采用間接3D打印法制備（制備設備：UPS-250，升華三維）Ti/Rb-HAp復合材料，對該材料的形貌和物相組成進行分析，測定材料的力學性能，并通過體外細胞培養(yǎng)和細胞增殖與分化實驗，研究材料的生物學性能。
研究結果表明：Ti/Rb-HAp復合材料的孔隙率較高，多孔結構有利于新骨組織向內(nèi)生長和體液的傳輸。Rb的加入可提高Ti/HAp復合材料的抗彎強度和抗壓強度，并且抗壓強度隨Rb含量增加而小幅提高。與純Ti相比，Ti/Rb-HAp復合材料可促進MG-63細胞的增殖和ALP活性，具有良好的細胞相容性。浸泡在模擬體液中，Ti/Rb-HAp復合材料表面形成致密的磷灰石層，表明該材料具有優(yōu)異的生物活性。
3D打印生物陶瓷植入物
加碼技術創(chuàng)新
回到文章開篇所探討的問題。一面是降價，一面是集中放量。對于國產(chǎn)骨科企業(yè)來說，集采更像是一把雙刃劍。
骨科業(yè)內(nèi)有觀點認為，具有一定的技術創(chuàng)新能力、豐富的產(chǎn)品線的企業(yè)或?qū)⒃诩芍蝎@得突圍。而那些沒有技術壁壘的同質(zhì)化產(chǎn)品將逐步回歸正常利潤水平，骨科耗材的高毛利時代即將結束。
3D科學谷市場研究團隊曾在第一輪醫(yī)療器械國采開啟之時，與從事骨科3D打印植入物開發(fā)的專業(yè)人士進行了探討，業(yè)界對于3D打印技術為骨科植入物所帶來的創(chuàng)新力具有信心，集采或?qū)⒋龠M骨科企業(yè)，尤其是國產(chǎn)骨科耗材企業(yè)，通過3D打印進行高附加值、高技術壁壘的產(chǎn)品創(chuàng)新。
隨著骨科高值耗材集采陸續(xù)落地執(zhí)行，國產(chǎn)品牌市占率有提升趨勢。目前，中國市場脊柱領域國產(chǎn)化率不足40%。盡管將承受大幅降價的壓力，但集采對于提升骨科耗材的國產(chǎn)化亦有著重要作用。以安徽省骨科植入脊柱類集中帶量采購為例，其首次引入了技術綜合評審，借助臨床專業(yè)能力，以質(zhì)分層、鼓勵國產(chǎn)、梯度降價、分層中選，最終，在24家中選企業(yè)中，既有捷邁、強生、史賽克等進口產(chǎn)品，也有北京富樂、山東威高等國產(chǎn)品牌，實現(xiàn)了多企業(yè)、多品種中選格局。
近期骨科領域的一項新合作，釋放了國產(chǎn)骨科企業(yè)加強3D打印技術應用的積極信號。7月8日，國內(nèi)頭部骨科企業(yè)山東威高骨科宣布與3D打印醫(yī)療企業(yè)湖南華翔醫(yī)療建立戰(zhàn)略合作。此前，湖南華翔醫(yī)療基于激光粉末床熔融3D打印技術開發(fā)的多孔型椎體融合器、多孔型椎間融合器，已獲得NMPA的上市批準。
集采開啟，3D打印技術在國產(chǎn)骨科耗材領域?qū)⒂瓉碓鯓拥男戮置妫?D科學谷將保持市場觀察。
參考資料：
3D printing of PEEK and its composite to increase biointerfaces as a biomedical material- A review.
Magnesium surface-activated 3D printed porous PEEK scaffolds for in vivo osseointegration by promoting angiogenesis and osteogenesis.
《升華三維聯(lián)合中南大學采用間接3D打印制備具有優(yōu)異生物活性的復合材料》
《國采瞄準骨科脊柱類！14套系統(tǒng)，3D打印可參加，最多30家企業(yè)入圍》
《第三批國采來了！國家平臺發(fā)文，脊柱耗材領域迎巨變》
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