7月11日，國家組織高值醫用耗材聯合采購辦公室發布了《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）。該公告的發布，意味著自第一批心臟支架，第二批骨科關節后，第三批國家帶量采購在骨科脊柱領域正式開啟。公告中提示了一條重要信息-3D打印產品可自愿參與這次的骨科脊柱類耗材國家帶量采購。
業內有觀點認為，3D打印產品初入國采，三年的市場放量機會誰都不想錯過，但這次企業參與度如何，還要看后續是否會給3D打印設置單獨的競價目錄或特別的規則。
如果參考之前的醫療器械國采情況，連續集采降價沖擊之下，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產品價格從平均3萬元降到1萬元以內，降幅達到80%以上。那么，3D打印脊柱類產品將面臨的是以低價贏得量，還是通過其為產品帶來的高附加值，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業化的其中一點重要原因是為骨科企業帶來產品創新的全新技術手段。本期，3D科學谷將回顧已上市金屬3D打印脊柱類產品中所蘊含的技術創新性，以及業界對生物活性骨科新材料3D打印的探索為產品創新帶來的潛能。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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根據公告，本次集中帶量采購產品為骨科脊柱類醫用耗材，根據手術類型、手術部位、入路方式等組建產品系統進行采購，共分為14個產品系統類別。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-增材制造新材料醫療器械及相關監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，植入人體內易引發應力屏蔽效應，會導致替代物松動的情況發生。
為了避免應力屏蔽現象，可通過3D打印技術制作具有多孔結構的骨植入物，一方面能夠通過調節孔隙率來調整骨植入物的剛度；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勢。
? 3D科學谷白皮書
已獲得3D打印產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勢，分別開發了自己的專利技術。
此外，根據3D科學谷的市場觀察，多孔結構也是監督機構所關注的重點。例如，國家藥監局器審中心在《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”與數字化骨科材料
3D打印與數字骨科的發展相輔相成，從而使得數字材料在植入物領域的發展踏上了加速之路。
3D科學谷曾在《梯度植入物的發展趨勢與機遇，洞悉3D打印成就下一代骨科產品》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，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負載和其他要求調整局部密度。此外，借助定制的數字材料，可以優化組件的重量、成本和生產時間。增材制造 (AM) 作為一項突破性的生產技術，由于其幾何自由度和免模具生產，成為可以高效生產數字材料的工藝。
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，骨重塑對動態載荷高度敏感。由于應力屏蔽效應，有必要研究和開發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穩定、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，第四軍醫大學的郭征、李小康聯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，植入人體后容易產生“應力屏蔽”效應，影響植入材料附近骨組織的正常發育。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勢，得到兼顧優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，表明該材料具有優異的生物活性。
3D打印生物陶瓷植入物
加碼技術創新
回到文章開篇所探討的問題。一面是降價，一面是集中放量。對于國產骨科企業來說，集采更像是一把雙刃劍。
骨科業內有觀點認為，具有一定的技術創新能力、豐富的產品線的企業或將在集采中獲得突圍。而那些沒有技術壁壘的同質化產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療器械國采開啟之時，與從事骨科3D打印植入物開發的專業人士進行了探討，業界對于3D打印技術為骨科植入物所帶來的創新力具有信心，集采或將促進骨科企業，尤其是國產骨科耗材企業，通過3D打印進行高附加值、高技術壁壘的產品創新。
隨著骨科高值耗材集采陸續落地執行，國產品牌市占率有提升趨勢。目前，中國市場脊柱領域國產化率不足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，借助臨床專業能力，以質分層、鼓勵國產、梯度降價、分層中選，最終，在24家中選企業中，既有捷邁、強生、史賽克等進口產品，也有北京富樂、山東威高等國產品牌，實現了多企業、多品種中選格局。
近期骨科領域的一項新合作，釋放了國產骨科企業加強3D打印技術應用的積極信號。7月8日，國內頭部骨科企業山東威高骨科宣布與3D打印醫療企業湖南華翔醫療建立戰略合作。此前，湖南華翔醫療基于激光粉末床熔融3D打印技術開發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打印技術在國產骨科耗材領域將迎來怎樣的新局面，3D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.
《升華三維聯合中南大學采用間接3D打印制備具有優異生物活性的復合材料》
《國采瞄準骨科脊柱類！14套系統，3D打印可參加，最多30家企業入圍》
《第三批國采來了！國家平臺發文，脊柱耗材領域迎巨變》
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