當地時間4月15日,美國《科學進展》雜志發布文章表示,以色列研究人員以患者的人體脂肪組織爲原材料,利用3D打印技術成功制作出世界首顆結構完整的心髒。這顆心髒大小與櫻桃相仿,有細胞、血管、心室和心房,細胞有收縮功能,但還不具備泵血能力。
對人類來說,盡管這顆心髒還太小,但這項被視作醫學領域“重要突破”的技術,有望在未來幫助人類治療心血管疾病。
不過,在3D打印心髒技術完全成熟以前,我們依然能夠期待3D打印技術在醫療行業其他細分領域所發揮的作用,比如3D打印關節置換植入物。
一個患者,一個植入物
隨著人口老齡化的加劇和肥胖率的上升,骨關節炎困擾著越來越多的人,關節置換植入物也隨之成爲老年健康市場的重要需求。但是市場上現有的關節置換植入物大多是標准化、批量式生産,無論是植入物的尺寸、規格,還是形狀,可供外科醫生和患者選擇的余地都很小。
患者接受植入手術時,外科手術醫生通常要在患者身上切除部分骨骼組織,以適應植入物。接受手術後,患者需要經曆較長的疼痛期和六周左右的恢複期,且行動力受限,無法恢複到與手術前相同的體力活動。
“一個患者,一個植入物”。美國醫療技術公司Conformis以此爲願景,利用3D打印技術,開發、制造和銷售定制化關節置換植入物。換言之,Conformis通過專有的圖像到植入的技術平台iFit™以及3D打印技術,爲每一位有需求的患者打造量身定制的關節置換植入物。
也因爲這個願景,這家公司的名字和産品名字都有一定淵源。據說,Conformis是由“微創手術”的英文縮寫“MIS”演化而來,而Conformis每一款産品都以“個性化”(individuation)爲名,即每款産品的名字都以“i”開頭。
“我們的公司始于從一個簡單的想法:讓關節置換植入物適應患者,而不是強迫患者適應植入物。”Conformis現任首席執行官兼總裁Mark Augusti如此說道。
Conformis成立于2004年3月,由醫學博士Philipp Lang在加利福尼亞州創立。公司成立後,Philipp Lang出任公司董事長兼董事會主席,負責公司戰略制作以及産品開發的優先事項制定。
創業之前,Philipp Lang曾是波士頓布萊根婦女醫院肌肉骨骼放射科主任。同時,他在醫療器械行業擁有廣泛背景,在美國和其他國家申請了80多項個人發明專利。Conformis賴以生存的核心技術便是由Philipp Lang開發而來。
Conformis首席執行官曾由醫學博士Patrick Hess擔任。在他領導Conformis期間,該公司推出了iJig™手術交付系統,3個患者特異性膝關節植入物,包括iForma™、iUni™和iDuo™,産品獲得了6個FDA許可和2個CE認證。
在帶領公司從研發階段走向産品落地,並迎來創收後,Patrick Hess于2008年辭去Conformis首席執行官一職。創始人Philipp Lang親自接棒,身兼公司董事長、首席執行官、總裁等多個領導職務。也是在這一年,Conformis總部由加利福尼亞州搬遷至馬薩諸塞州。
在Philipp Lang執掌公司期間,Conformis于2015年7月在納斯達克上市,公開發行900萬股股票,每股價格爲15美元,共募資1.35億美元,股票交易代碼爲CFMS。
2016年11月,業內資深人士Mark Augusti加盟Conformis,從創始人Philipp Lang手中接任首席執行官兼總裁。Philipp Lang退居幕後,成爲公司董事會成員。
Conformis首席執行官兼總裁Mark Augusti
27年的職業生涯裏,Mark Augusti曾在GE、Smith&Nephew、Bioventus LLC以及Integra LifeSciences Corporation等公司擔任領導職務。他在戰略管理、營銷等企業管理方面,以及醫療技術,特別是骨科的執行管理方面擁有豐富經驗。
以圖像到植入技術爲核心
盡管掌門人幾經變換,但Conformis繼續秉持初念,以iFit™技術爲核心,致力于爲用戶量身定制3D打印關節置換植入物。
Conformis的圖像到植入技術平台iFit包含3個元素:iFit Design、iFit Printing和iFit Just-in-Time。
iFit Design根據術前拍攝的患者MRI或CT掃描數據,重建患者內側、外側和髌股間室三條獨立的解剖曲線,糾正畸形,並生成患者膝關節的三維模型,設計完全符合患者需要修複區域的植入物和一次性患者專用儀器(iJigs)。
同時,iFit Design將患者獨特的解剖結構測量數據轉化成全面、個性化的術前計劃,並在手術前上傳到與iFit技術平台相連接的應用程序。外科醫生爲患者進行手術前,可通過該計劃獲得患者骨骼表面的3D圖像、植入物的位置以及關鍵切口的手術指導等信息。
iFit Printing是三維(3D)打印技術,用于制造植入物和一次性專用儀器。3D打印的置換植入物會完全契合目標位置,在iFit™技術平台的導航指引下,外科醫生通過手術將之進行匹配後,後續不用進行其他調整,如改動植入物或者切除患者骨骼組織等。
這一技術不僅減少了手術實施所需要的時間,患者在術後也不用經曆因植入物尺寸或形狀不適合而導致的長時間疼痛。
iFit Just-in-Time具有實時制造和交付的功能,可以顯著提高醫院的手術效率。Conformis通過與醫院、診所等醫療結構合作,承接産品訂單。産品制作完成後,Conformis將關節置換手術所需的一切用品,如針對患者特制的植入物、一次性手術器械等都放置于iJig Instrumentation交付系統中,在手術前統一交付給醫療機構。
iJig Instrumentation能夠減少庫存需求,且簡化醫療人員工作流程
iFit™技術平台打造的産品具有經標准化、批量式生産的關節置換植入物不可替代的優勢。
對患者來說,契合患者骨骼結構的植入物,遵循患者關節的獨特形狀和輪廓,更適合他們的關節結構,性能更爲穩定,也降低了因重複使用器械而交叉感染的風險;同時Conformis的關節置換系統能夠最大限度地保留患者原有的骨骼組織,減少了術後疼痛時間,也縮短了患者的恢複時間。
對醫院、門診或其他醫療機構而言,Conformis直接將事先消毒且貼有患者標簽的工具包運送到手術中心,量身定制的特性決定了手術中所涉及的植入物和手術工具皆根據患者的獨特數據3D打印而成,醫療機構無需爲手術儲備多余庫存。
外科醫生進行手術時,只需打開該患者的手術套件,簡單布置即可,簡化了他們准備手術的流程。同時,Conformis交付過來的工具包包含了術前計劃(iView),對外科醫生具有指導意義,可以減少所需的手術步驟,提高手術的精確度。
對于Conformis本身來說,按需生産的模式有利于資金更快地運轉,並促使公司在不斷改進現有産品的同時,開發新産品,豐富産品組合。
打造關節置換植入物産品矩陣
縱觀Conformis十多年的發展史,我們可以看出,該公司既沒有大規模的收購行爲,也很少與其他企業建立合作夥伴關系。
而Conformis敢于單打獨鬥的最大底氣莫過于其擁有核心技術專利。在圖像到植入的技術平台iFit的支持下,Conformis已開發出一系列微創骨骼和軟骨保護性膝關節植入物和儀器,旨在解決骨關節炎各個階段的問題,産品包括iTotal、iUni、iDuo、iPoly、iPoly XE等。
其中,Conformis的iTotal系列産品包含了手術所需器械、定制的切割塊和膝關節植入物,目前該系列産品有兩款,即iTotal®CR和iTotal®PS。相比于標准化、批量生産的膝關節置換植入物,iTotal系列全膝關節置換系統的每一個股骨和胫骨植入物都是爲患者量身定制。
該系列産品的股骨和胫骨植入物模仿了用戶膝蓋的形狀、彎曲角度和延伸方式,根據用戶膝蓋的獨特解剖結構,爲用戶的膝關節提供特定的貼合度,並針對畸形問題進行矯正,以避免懸垂、覆蓋不足以及尺寸不合適等問題。
按照Conformis的說法,iTotal CR是目前市場上唯一一款十字固定全膝關節置換植入物,于2011年推出,Conformis分別在2012年、2013年和2015年對iTotal CR進行了更新升級。iTotal CR包括植入股骨、股骨托盤、兩個內側和外側聚乙烯胫骨托盤,以及聚乙烯髌骨,其中胫骨托盤作爲緩沖墊,被插入股骨和胫骨組件之間。
與傳統關節置換植入物相比,iTotal CR有更優越的臨床效果和更高的患者滿意度,因而這款産品也是Conformis的暢銷品。
iTotal CR全膝關節置換植入物是Conformis的暢銷品
據Conformis官網顯示,在醫學博士William Kurtz的一項研究中,使用iTotal CR關節置換植入物時,骨切除術的平均總量比使用現成植入物進行骨切除術的平均總量少27%。這意味著,使用iTotal CR關節置換系統,患者在手術過程中被切除的骨骼數量更少。
iTotal PS是後部穩定全膝關節置換植入物,于2015年推出,2016年3月份正式上市推廣。與iTotal CR相比,iTotal PS不僅采用了前者所有涵蓋的元素,還爲患者提供帶金屬凸輪的股骨植入物,這一改進有利于提高植入物的穩定性。此外,iTotal PS的聚乙烯胫骨托盤還包含一個塑料脊柱,可以減少部件磨損和撞擊導致的機械問題。
據了解,這款産品一經推出,很快在膝關節置換市場上獲得了大部分份額。
iTotal PS是唯一真正定制的後穩定全膝關節置換術
iUni和iDuo是定制式部分膝關節置換植入物,這兩款産品有利于患者膝蓋恢複自然形狀,使膝蓋具有自然的感覺和移動的潛力。它們也被定義爲保留雙十字韌帶的膝關節置換系統。因爲外科醫生可以同時爲患者保留前交叉韌帶(ACL)和後交叉韌帶(PCL)。
其中iDuo是雙室膝關節置換植入物。iDuo于2007年被推出,2010年二代iDuo被推出。iDuo包括一個股骨植入物、一個胫骨托盤、一個聚乙烯胫骨托盤插入物和一個聚乙烯髌骨。
iUni是單室膝關節置換植入物,用于治療膝關節內側或外側間室疼痛。iUni同樣于2007年被推出,2009年,iUni第二代産品被推出。iUni包括一個股骨植入物、一個胫骨托盤和一個聚乙烯胫骨托盤插入物。
定制式部分膝關節置換植入物iUni和iDuo
以iPoly和iPoly XE兩種聚乙烯材料制作的股骨和胫骨組件之間的緩沖墊,針對患者獨特的骨骼形狀,單獨制造,起托盤作用。這兩種材料具有堅固耐用的特點,能夠降低材料磨損率,提高植入物的使用壽命。
Conformis采用的聚乙烯材料:iPoly和iPoly XE
作爲現有産品線的補充,Conformis的髋關節置換系統iTotal Hip于2017年6月獲得美國FDA 510(K)的上市許可,2018年7月被推出,是市場上唯一一款采用3D成像技術設計的全髋關節置換系統,可提供閥杆和髋臼杯的尺寸。
Conformis首席執行官兼總裁Mark Augusti表示,“FDA對iTotal Hip的批准,證明了我們專有的圖像到植入技術平台iFit擁有開拓其他關節産品的能力。同時,個性化置換植入手術將成爲趨勢,患者也值得獲得個性化治療。”
除了膝關節和髋關節置換植入物,Conformis還計劃將産品觸角伸至肩部、四肢和脊柱等部位,意圖打造骨科多個細分部位的定制和非定制互補型植入物,以擴大産品組合。
市場份額不到1%到成功跻身巨頭之列
如果只關注Conformis的産品線,再加上上市公司的背景,似乎很容易讓人相信,Conformis正憑借其核心技術在關節植入物市場如魚得水。
事實上,Conformis這一路走來,曆經了重重挫折:公司核心技術遭人質疑,産品曾在7年內曆經5次召回,還曾與Smith&Nephew陷入專利糾紛。更爲重要的是,多年來,Conformis一直未能盈利。
所幸,Conformis最終用産品實力證明了自己。
骨科領域的權威機構——英國骨科數據評估小組(ODEP)根據三年內植入物在患者體內的生存率和性能數據,以及英國國家聯合登記處所展示的低修訂率,將iTotal CR評爲“3A”級。Conformis所有的關節置換産品也都通過了FDA批准或CE認證。
截至2018年底,Conformis已賣出9萬多個膝關節置換植入物,包括7萬多個全膝關節置換植入物和2萬多個部分膝關節置換植入物。最新開發的iTotal Hip尚未在市場上大規模推廣,但截至2019年2月底,已有超過25名外科醫生爲患者植入了200多個iTotal Hip全髋關節置換系統。
至于與Smith&Nephew之間的專利糾紛,最終也以雙方和解結局。根據和解協議,Smith&Nephew需向Conformis支付1050萬美元,並且雙方還簽訂了專利的有限交叉許可協議。
對于Conformis來說,其他種種都是小事,一直未能盈利才是它最大的遺憾。
由于産品極具個性化,Conformis生産定制植入物的成本是同行的兩倍,價格卻與同行産品相當。這意味著,Conformis的産品回報率要低于同行。
爲此,Conformis于2018年底宣布進行戰略調整:集中資源優先開發有市場影響力的iTotal系列膝關節植入物和新開發的髋關節植入物Hip System,同時公司裁員10%,將債務從3000萬美元降低到1500萬美元。
Conformis首席執行官Mark Augusti對此表示,“希望通過這些行動,公司可以在2021年實現盈利。”
剝離累贅業務,降低雇員成本,輕裝上陣的Conformis正在迎接高光時刻。畢竟,從行業發展趨勢來看,定制式3D打印關節置換植入物的市場規模,正隨著3D打印技術的日益成熟,以及患者對定制式植入物需求的增長而擴大。
根據Credence Research發布的全球膝關節植入物市場報告,預計到2025年,全球膝關節植入物市場價值將達到135億美元。
就連批量生産不同尺寸的“現成”植入物的主要參與者Zimmer Biomet Holdings、Stryker Corp、強生旗下的DePuy Synthes以及Smith&Nephew等公司,也先後利用3D打印技術推出了定制生産關節置換植入物的業務,以維持其市場地位。
2016年3月,Smith&Nephew推出了帶有CONCELOC技術的REDAPT髋臼全多孔杯,這是該公司首款3D打印钛髋植入物。這種3D打印裝置的全多孔結構模仿骨骼結構,用于支撐骨骼向內生長,因此可以更好地固定植入物。
繼Smith&Nephew之後,Stryker Corp于2018年3月推出了他們的第一個3D打印髋關節植入物Trident II髋臼系統。植入物同樣模仿了骨骼結構,並承諾提供許多臨床益處,例如改善關節穩定性和運動範圍。在此之前,Stryker Corp的膝關節植入物産品組合也包括許多3D打印組件,如髌骨和胫骨基板等。
投資銀行Canaccord Genuity的醫療設備分析師William J. Plovanic曾表示,Zimmer Biomet Holdings、Stryker Corp、Johnson&Johnson’s DePuy Synthes和Smith&Nephew四家企業,已占領關節置換植入物市場超過90%的市場份額。
如今,專注于3D打印定制式關節置換植入物的Conformis斜刺插入,在全球範圍內與上述巨頭爭奪市場份額。從當初市場份額不足1%,到如今該領域與巨頭在齊頭並進,Conformis正憑借其強大的市場擴張能力,將業務遍布美國、德國、英國、奧地利、愛爾蘭、瑞士、新加坡、香港、馬來西亞、摩納哥、匈牙利、西班牙以及澳大利亞等地。
在圖像到植入的核心技術支持下,Conformis能否在初心不變的前提下,找到合適的盈利模式,並走得更遠,值得我們期待。
國內3D打印從技術引進轉向自主研發
當國外企業在3D打印市場爭相競逐時,國內3D打印市場也在悄然發酵。
上世紀80年代後期,我國將3D打印技術引入醫療行業。初期,3D打印技術在醫療行業的作用是幫助醫生建立三維病變模型,用于手術前規劃、與患者溝通。國內企業通過技術引進與合作等方式切入3D打印市場,西安鉑力特是國內最早一批關注金屬3D打印植入物的公司之一。
隨著3D打印技術的發展,以及該技術與醫療行業的深度結合,3D打印在我國逐步涉足口腔修複、定制化假肢、手術導板以及植入物的制造。
目前,國內已有大批企業入局,即刻三·醫療、浙江德爾達醫療切入術前規劃,博恩生物、普林特切入口腔修複,愛康醫療、艾科賽龍涉足骨科植入物等等。其中,愛康醫療采用電子束選區熔化(EBSM)技術制造髋關節、椎體等骨科植入體,成功取得CFDA醫療注冊證書。
四川藍光英諾生物科技股份有限公司是國內專注于生物3D打印的代表性企業,其以幹細胞應用技術研發爲主,公司研發團隊已經成功研制出3D生物打印血管並成功植入恒河猴體內,未來該公司將加快推進幹細胞技術走向臨床,應用于器官修複和組織再造。
2018年1月5日,天津清研智束科技有限公司發布了最新一代開源電子束金屬3D打印機QbeamLab,這標志著我國在EBSM領域取得了突破性成果,也意味著我國3D打印技術自主化增強,正逐步縮小與國外的技術差距。
據3D打印市場研究公司SmartTech Market的數據顯示,北美地區在全球醫療3D打印市場的占比最高,達到39.7%,歐洲地區居其次,而亞太地區占比偏低,僅爲14.4%。但是,隨著亞太地區經濟發展水平的提高和3D打印技術在醫療行業的逐步推廣,亞太地區將成爲增長最快的醫療3D打印市場。
中國作爲亞太地區最大的醫療消費國家,醫療3D打印市場發展潛力巨大。國內3D打印已有與生物醫學相融合的趨勢,未來,我國或能實現細胞組織等簡單活性組織打印,甚至能實現肝髒、心髒等複雜器官組織的打印。