上海交通大学郝永强教授：“3D打印，翻开骨盆肿瘤治疗“快、准、好”的新篇章。”
骨盆肿瘤的治疗是世界性的医学难题。20世纪80年代，上海市第九人民医院骨科与上海交通大学机械学院合作，自主研发了骨盆重建假体等适用于人体多个部位的定制型人工关节。2014年，戴尅戎院士、郝永强教授团队率先在国际上将3D打印个性化骨盆重建假体应用于骨盆肿瘤的治疗，并对此进行了不断延伸和拓展。由郝永强教授领衔完成的“骨盆肿瘤精准切除与个性化功能重建的关键技术创新与推广应用”项目荣获2018年度上海市科技进步奖一等奖。项目名称：骨盆肿瘤精准切除与个性化功能重建的关键技术创新与推广应用荣获奖项：2018年度上海市科技进步奖一等奖认识“骨盆”骨盆是连结躯体和下肢的重要力学支撑结构，邻近消化、泌尿、生殖等系统脏器，以及重要的血管、神经。骨盆肿瘤占原发性骨肿瘤的3%~4%，软骨源性肿瘤最多，骨巨细胞瘤、成骨肉瘤次之，儿童骨盆恶性肿瘤以尤文肉瘤最常见。同时，骨盆也是易发生骨转移癌的部位之一，乳腺癌、前列腺癌、肺癌、肾癌、大肠癌等均可转移至骨盆。由于发生于骨盆的肿瘤一般位置较深，早期难以被发现，故多数患者被确诊时, 肿瘤已很大。● 过去● 如今随着影像学、材料学、工程学等的不断发展，人工关节设计、制造及安装技术日益成熟，完整切除骨盆肿瘤后，个性化人工半骨盆假体重建成了骨盆肿瘤的主要治疗方式。3D打印技术，为骨盆肿瘤诊疗带来新希望骨盆肿瘤切除手术风险高、难度大；肿瘤切除后，巨大的骨盆缺损修复难度也大。因为骨盆部位关节结构和形态复杂，制作骨盆假体无法使用统一的制造模具，不仅制作成本高昂、制作周期也较长（一般多为2～3个月）。3D打印技术的出现为骨盆肿瘤的治疗带来契机。郝永强教授团队与工程师合作，实现了医学和工程学的有机结合，为骨盆肿瘤的精准切除和功能重建带来了“最佳解决方案”。制作3D打印病变模型，肿瘤“一目了然”为“又快、又好、又准”地完成骨盆肿瘤切除手术，郝永强教授团队自主研发了相关的医学图像软件，根据患者的磁共振和CT等影像学检查数据，在电脑上绘制出患者的骨盆病变模型，再利用3D打印技术1∶1地打印出实物。（如图1）借助3D打印的骨盆病变模型，肿瘤“一目了然”，医生可清晰、直观地观察肿瘤局部的解剖结构，肿瘤的边界及范围，与周围神经、血管的毗邻关系，以及与邻近内脏器官的关联，等等。医生可在骨盆病变模型上进行手术模拟，反复论证，确定最佳手术方案。同时，医生也可与患者及家属更加直观地进行术前沟通，包括具体手术方式、术中可能遇到的困难、术后可能出现的并发症等，提高患者对治疗的依从性。  首创3D打印手术辅助导板，精准切除肿瘤为提高手术精准度，缩短手术时间，郝永强教授团队根据患者的3D打印骨盆病变模型设计了相应的手术辅助导板，并通过3D打印技术制备。手术时，医生只要将手术导板安放于术前规划的骨表面，即可在其“指引”下，根据事先确定的手术范围实现精准截骨。（如图2）郝永强教授表示以往进行肿瘤切除，需要依靠医生的经验，有可能会发生切除范围不够或者过大的情况。利用3D打印个性化手术辅助导板可以精准把控切除范围，使手术更加快速、精准，患者创伤更小，预后也更好。制作个体化假体，重建患者骨盆功能术前，郝永强教授团队会根据患者骨盆肿瘤的切除范围、病变部位的功能等因素，为每位患者“量身定制”个性化的金属重建假体。利用3D打印技术，只需要半天左右即可完成金属假体的制作，且精度高，“贴合度”好。（如图3）郝永强教授介绍传统的金属假体与骨是用螺丝钉加以固定的，时间长了，螺丝钉会松动、断裂，使用寿命为5～10年。3D打印技术可将假体表面打印成金属骨小梁，其可与骨头‘长在一起’，使重建假体保持长期稳定，可长期使用。以下视频来源于大众医学杂志 免费收看：郝永强教授说“骨盆肿瘤切除和骨盆功能重建主要包括哪些步骤？”技术推广，让更多患者受益郝永强教授认为，一项先进技术，应当推广开来，让更多患者从中受益。目前，该技术已在很多地区推广应用，并通过在各省建立3D打印全国分中心、“互联网+医疗”等方式，向医疗条件薄弱的边远地区进行辐射。郝永强教授特别指出，除了治疗骨盆肿瘤外，3D打印个性化重建假体还可应用于创伤、感染、先天性骨关节畸形、人工关节骨溶解等各种原因引起的骨缺损的修复重建。目前，3D打印技术已经推广至骨科之外的其他领域，如口腔科、整形外科等，促进了个性化医疗模式的发展，为更多患者带来福音。调控恶性肿瘤缺氧微环境增强骨肉瘤疗效骨科郝永强教授团队聚焦科研破“瓶颈”缺氧是恶性实体肿瘤的典型特征之一。缺氧会显著加快肿瘤的恶性转变和转移，同时降低恶性肿瘤对放疗和化疗的敏感性。上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科郝永强教授研究团队针对恶性实体肿瘤易复发、对放/化疗不敏感等临床“瓶颈”问题，研发了一种可降解的纳米复合材料用于系统调控恶性肿瘤的缺氧微环境。该纳米复合材料可在低剂量超声波作用下，响应性地调控恶性肿瘤的缺氧微环境，同时，显著增强声动力学疗法对恶性骨肉瘤的疗效。郝永强教授介绍，骨肉瘤作为一种典型的实体肿瘤，具有易转移、对放/化疗不敏感等特征。虽然大部分骨肉瘤通过新辅助化疗、瘤段根治性切除、个性化保肢重建取得满意的疗效，但仍有部分骨肉瘤患者对化疗、放疗不敏感，易复发及转移，疗效不甚满意，甚至丧失生命，亟需研发新的、更有效的治疗技术及方法。郝永强教授团队的研究聚焦在影响骨肉瘤等恶性实体肿瘤临床疗效的关键“瓶颈”问题——缺氧，旨在通过调控恶性实体肿瘤的缺氧微环境这一关键问题，并结合无创、具有强组织穿透能力的声动力学疗法，最终提高骨肉瘤等恶性实体肿瘤，尤其是非浅表性恶性实体肿瘤的治疗敏感性以及临床疗效。团队利用可降解的空心介孔氧化硅基纳米材料为载体，通过复合相变材料及高铁化物，获得了一种多功能的纳米复合材料FHPLP。该纳米复合材料的水合动力学直径约为100 nm，经小鼠尾静脉注射后，通过在肿瘤部位靶向施加低能超声波，从而实现肿瘤内响应性地释放氧气和活性氧自由基，同时耗尽细胞内的还原型谷胱甘肽。肿瘤内响应性的氧气释放有望改善实体肿瘤的缺氧微环境，同时，活性氧自由基的释放和谷胱甘肽的消耗有望显著提供肿瘤内的活性氧自由基含量，进而起到杀灭肿瘤细胞的目的。此外，该纳米复合材料中的声敏剂可以在低剂量超声波的作用下释放出单线态氧等活性氧自由基，进一步提高肿瘤细胞内的自由基含量，三者协同作用最终实现了对缺氧恶性骨肉瘤的高效治疗。团队于2019年10月14日，在著名学术期刊《先进功能材料》（《Advanced Functional Materials》）（IF=15.621）在线发表了该研究成果，题为“超声响应的氧/活性氧纳米传输体系的构建及其对骨肉瘤缺氧微环境的系统调控及骨肉瘤声动力学疗法的增敏作用研究”（“Ultrasound-Activated Oxygen and ROS Generation Nanosystem Systematically Modulates Tumor Microenvironment and Sensitizes Sonodynamic Therapy for Hypoxic Solid Tumors”）。课题组导师简介郝永强，医学博士，上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师，上海交通大学医学院教授，博士生导师，国家重点研发计划首席科学家。上海市卫建委重点专科生物医用材料学科带头人、上海市医学3D打印技术临床转化工程研究中心主任、上海骨科创新器械与个性化医学工程技术研究中心主任、骨科行政副主任。秉承 “理念为先，创新引领；以临床需求为导向，以临床转化为牵引，依托国际前沿技术，医工合作，产学研结合”。近年来，主持国家科技部重点研发计划（3D打印个性化硬组织重建植入器械）、科技部“863”（高强韧医用镁合金材料）与“973”（新型医用材料的功能化设计及生物适配）子课题、国家自然科学基金等国家级课题7项；主持上海市高峰学科建设项目、上海市临床重点专科项目、上海市申康医院发展中心新兴前沿技术项目及疑难疾病精准诊治攻关项目、上海市科委医学领域科技支撑项目等省部级课题12项。在国内外知名学术杂志上发表研究论文145余篇，其中，SCI论文62篇，以第一/通讯作者在Adv Funct Mater（3篇，IF:16.8）、Mol Cancer（1篇，IF 15.3）、Biomaterials（3篇，IF:10.3）等，已获国家专利授权47项，获计算机软件著作权3项。创建3D打印个性化病变模型、个性化手术辅助导板及个性化3D打印金属重建假体的“三位一体”个性化医疗模式及骨肿瘤精准切除与个体化重建的关键技术体系，研究成果居于世界先进水平。自主研发的3D打印个性化骨盆重建假体获国内首张备案许可证。分别以第1完成人获上海市科技进步一等奖（ 2018年 ）、中国产学研合作创新成果一等奖（2019年）、高等学校科学技术进步奖二等奖（2022）、上海市康复医学科技奖一等奖（ 2016年 ）各一项，获中国高校科学技术奖二等奖（ 2001年 ）、中华医学科技奖三等奖（ 2002年 ）（第5完成人）、上海市科技进步三等奖（ 2004年 ）（第2完成人）各一项。获《科学中国人》年度人物（ 2018年 ）；获第三届、第四届全国骨科中青年优秀论文评选大会优秀论文奖各一次等。     主要研究领域：1、 医学3D打印与个性化医疗①骨肿瘤个性化保肢重建相关研究：⑴骨盆、肩关节、髋关节、膝关节、踝关节、肘关节、腕关节、指或趾骨与关节等个性化肿瘤型重建假体的设计与应用；⑵创建3D打印个性化病变模型、个性化手术辅助导板及个性化3D打印金属重建假体的骨肿瘤“三位一体”个性化医疗模式的临床应用与推广；⑶ “基于3D打印骨盆假体的骨盆肿瘤个体化保肢重建的多中心研究”的临床研究（在国际上首次注册开展，注册号ChiCTR-INR-16010294）。②功能性植入医疗器械研究与转化：⑴ 应用功能性材料、钛合金表面改姓及载药等研发新一代功能性（抗肿瘤、促成骨、促成血管等）3D打印植入假体，开展相关临床研究；⑵ 构建3D打印个性化假体在体生物力学与动态功能评估平台，评估其临床疗效；⑶制定功能性3D打印植入物临床评估体系及规范。③ 3D打印个性化骨关节翻修重建假体与手术体系研究；④ 生物3D打印创新及临床转化研究；2、新型医用生物材料在骨科领域应用及转化研究：① 自主研发新型金属材料钛铜合金、钽、钽铌合金等新型植入级3D打印粉体材料，针对上述材料研发拥有自主知识产权的个性化植入医疗器械，自主研发满足钛合金、钽、钽铌合金打印要求的3D打印装备；构建个性化、功能化3D打印钛合金、钽合金、镁合金重建植入医疗器械设计及制造平台，实现自主研发3D打印创新医疗器械的临床转化。② 聚焦新型医用金属可降解镁合金的研究与开发：与上海交大材料学院合作研发可降解镁合金内固定的基础及应用研究，率先将可降解镁合金螺钉应用于人体用于治疗骨折，进一步完善镁合金植入物的基础与临床转化研究，开发出符合CFDA认证要求的镁合金植入医疗器械，并制定镁合金植入物临床应用的相关规范。③ 抗肿瘤纳米复合材料体系的构建及机制研究主要学术兼职：目前兼任SICOT中国部数字骨科学会副主任委员、中国医师协会骨科医师分会骨科3D打印专业委员会副主任委员、国家卫计委医管中心3D打印医学应用专家委员会副秘书长、中国国际科技促进会医工结合分会副会长、中国工程院“中国3D打印材料及应用发展战略研究”咨询项目生物医用组组长、中华医学会骨科分会骨科基础学组副组长、中华医学会医学工程分会数字骨科学组副组长、中华医学会骨科分会骨肿瘤学组委员、中华医学会骨科分会骨质疏松学组委员、中国医师协会骨科医师分会骨质疏松工作委员会委员、中国医师协会骨科医师分会骨肿瘤工作委员会委员、中国医师协会骨科医师分会骨肿瘤工作委员会脊柱骨盆工作委员会委员、中国研究型医院学会骨科创新与转化专业委员会常委委员骨肿瘤外科学组副组长、上海市中西医结合学会骨伤专业委员会常委及老年病与骨质疏松学组组长、上海市医学会骨科专委会骨肿瘤专业组组长等24个全国专业学术组织任副主委、常委、组长、副组长、委员，10个上海市级副主委、组长、副组长、委员目前主要研究方向包括但不限于：1․ 个性化骨肿瘤及复杂骨疾病诊疗关键技术及应用研究1）骨肿瘤安全切除边界的智能化精准确定；2）建立复杂骨缺损个性化重建假体的设计及制备技术体系与制定标准；3）个性化骨缺损修复重建的外科技术创新；2․ 3D打印医学应用的基础与临床研究1）3D生物打印基础及临床应用研究；2）3D打印建模及骨肿瘤相关计算机辅助手术规划系统设计；3）骨盆肿瘤及内植物有限元分析；3․ 新型骨修复材料的基础与转化研究1）生物可降解镁合金的基础与临床研究；2）生物功能内植物材料的基础及临床应用研究；3）功能涂层工艺及临床应用研究；4）3D打印新材料的开发及应用基础研究；4․骨与转移性骨肿瘤的基础、临床技术创新及转化研究1） 转移性骨肿瘤的发生机制研究；2） 骨与转移性骨肿瘤微创治疗新技术；3） 骨肉瘤化疗药物敏感性及调控机制；5․ 生物打印活性组织器官关键技术及转化研究1） 生物打印活性骨内植物关键技术研究2） 生物打印活性内植物基础及临床前研究课题组平台简介      上海交通大学医学院附属第九人民医院（以下简称上海九院）从上世纪80年代始与上海交通大学机械工程系合作，将3D打印技术应用于骨科个性化植入物研发领域，早期在3D打印病变模型上进行假体设计、手术规划和在模型上进行手术模拟、假体安装演练等。随着金属3D打印技术的发展，上海九院对金属3D打印直接制造植入医疗器械进行了大量试验研究，证实了3D打印钛合金结构的力学性能、多孔钛合金结构的骨整合效果，并找到了最适合骨生长的孔隙率。2014年3月，上海九院戴尅戎院士、郝永强教授在国际上首次将自主研发的金属3D打印个性化骨盆假体用于骨盆肿瘤切除后保肢重建手术，实现了从“削足适履”到“量体裁衣”的质的飞跃， 3D打印个性化重建假体在形态、力学、生物学三方面均与患者适配。创建了基于3D打印的3D打印病变模型、3D打印手术辅助导板以及3D打印个性化金属重建假体的“三位一体“个性化治疗模式，目前已广泛应用于髋关节、踝关节、肩关节、腕关节、肘关节、膝关节、指（趾）间关节、胸骨、等肿瘤或复杂骨关节疾病的个性化治疗，并推广应用于口腔科、整形外科、眼科、血管外科、神经外科等学科。多年的合作研究，上海九院和上海交通大学合作培养了大量医工交互的人才，形成了“医工合作”个性化治疗团队。2013年，成立国内医院首家医学3D打印创新研究中心，包括3D打印接诊中心、医学3D打印创新研究中心、生产与后处理中心。重点围绕医学3D打印技术进行研发和转化，通过“医工结合“，为临床医生和患者提供一个创新医疗器械和技术研发及临床转化平台。中心在戴尅戎院士和郝永强教授的带领下，以临床需求为导向、快速实现临床转化为宗旨，秉承数字化、个体化、精准化和网络化的先进医疗理念，已建设成为国内一流的3D打印医工交叉研发基地、医学应用示范基地、科研成果转化、学术交流、人才培养基地。戴尅戎院士、郝永强教授团队利用医学3D打印技术制备的个性化模型、导板和植入体”三位一体”实现了骨肿瘤的精准切除和个性化功能重建，创建复杂髋臼周围骨盆缺损分型并研发相应个性化重建假体，使得该领域研发及应用达到国际领先水平。近年来，通过建立上海交通大学医学3D打印创新研究中心全国联盟及分中心、举办系列学习班、利用互联网+3D打印、远程会诊等将该项国际医学前沿技术推广至全国26个省、直辖市或自治区，造福更多病患。上海霖鸿资产管理有限公司Shanghai Lin Hong Asset Management Limited上海霖鸿资产管理有限公司成立于2015年，是一家从事产业地产调研、规划、分析、招商及运营的专业性服务机构，其主要从事提升各类产业园、孵化器和加速器的产业能级，以策划、咨询、招商、运营、服务的运维体系建设为业务核心。公司战略定位是以“精耕产业、专注服务”为宗旨，以产业研究、产业分析和产业运营为方向，成为产业园区的战略合作伙伴，搭建完善的产业运营生态链，立志推动园区产业的创新驱动。公司目前运营管理园区4个（上海3个、长三角1个），孵化器3个（市级、国家级）。总面积在80万平方米，主要产业为生物医药、医疗器械、工业自动化、人工智能。园区入驻企业超过1800家，总产值超过320亿。