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3D打印技术加速发展,医疗领域迎来颠覆式创新?

导读
随着3D打印技术的加速发展,其在医疗领域的应用越来越多,越来越成熟。科学家们甚至期待,未来3D打印机可以用细胞为原料,打印出人造皮肤和器官。以3D打印为基础的新疗法距离我们有多近?医疗企业的商业模式会不会被颠覆?本文将一一解答。
如今在新闻中,我们几乎每天都能看到3D打印技术(又称增材制造)在医疗领域的发展。例如科学家们正在探索使用3D打印技术制造微型机器人,在人体内输送药物;打印包含毛囊和汗腺的人造皮肤用于移植;甚至用活体细胞为材料,打印人类的各个器官。
更令人兴奋的是,很多技术不再是设想,而是已经得到了实际应用。中国一家医院为一位在工作中受伤的男性完成3D打印肘关节移植。威尔士外科医生使用3D打印机修复了一位患者的面部骨骼。美国一家医院利用3D打印技术制造支架,撑开婴儿堵塞的呼吸道。
实际上,3D打印早已在健康领域中发挥重要的作用。其中典型的例子是牙科,如今每天有超过19,000件牙冠和牙桥通过3D打印技术制造。每年3D打印机制造的牙齿矫正器达到1,700万个。3D打印给听力医学更是带来了颠覆性的影响,美国90%的定制型助听器通过3D打印制造。
《沃勒斯报告2014》显示,在全球提供3D打印设备、材料和服务的公司中,14%的收入来自于医疗领域。此外,3D成像、扫描、设计和造模等辅助服务也在快速发展,形成一个完整的3D打印生态系统。
3D打印为何能在医疗领域大行其道?
首先很多疾病和伤痛都源于生物力学问题,比如骨折、关节老化以及脊椎错位变形等。过去这类问题很难治愈,原因在于每个人的生理构造都独一无二,标准统一的外部装置无法解决每个人的问题。3D打印出来的产品则完美解决了这个问题,它完全符合每个人的身体构造,此外它还大大降低了定制化的成本,让大规模定制化这一看似矛盾的概念成为可能。
其次,一些结构灵活、半固定或可被人体吸收的人工构造,比如关键器官的瓣膜、血管等,难以通过传统的方法制造出来。而3D打印技术则可以解决这个问题。
最后,3D打印绕开了复杂的基础设施和物流问题。只要将设计好的图样发送到打印终端,3D打印机就能在离医院较近的距离内进行生产。这对物流渠道不发达的新兴市场,以及处在边远地区的人群来说是一个巨大的福音。
尽管3D打印应用的益处颇多、前景广阔,但它仍面临着很多不确定性和风险,未来它将改变整个医疗市场的格局,还是仅活跃于小范围利基市场呢?
通过分析,我们认为3D打印医疗产品的市场收入将在2020年达到50亿美元的规模。而目前3D打印的“杀手级应用”——那些能吸引医疗人员抛弃旧技术,并且传统方法无法企及的产品——还寥寥无几。目前唯一能称得上杀手级应用的就是口腔校正器,未来它将成为3D打印市场的主要增长领域。如果没有其他杀手级应用的出现,那么3D打印产品在短期内的发展规模有限。
然而在5-10年的中长期内,我们认为口腔科产品,例如填充材料、细胞培养物和软组织产品将获得不可小视的市场份额。由于生物医疗公司在这方面积极地投入到产品研发和快速成型,3D打印产品可能在长期获得非常迅速的发展,尤其是细胞组织工程、药物学创新和微流体芯片等产品的市场应用。
未来孕育在平台中
尽管3D打印被视为一种快速原型的创新工具,但实际上这项技术的最大潜力蕴藏在工业终端产品中。今天几家设备制造商占据了市场的主导地位,Stratasys和3D Systems这两家就占据了市场75%的份额,此外市场中还有35家左右的小型企业。目前这些企业的商业模式主要集中在销售打印机、打印材料和提供服务。未来那些建立平台,吸引其他公司共同打造3D打印生态系统的企业才能获得真正的竞争优势。
显然投资者和企业也意识到了这一点。我们对2011年以后获得投资的约200家企业进行了分析,发现其中大部分投资流向了与打印过程相邻的领域,包括设计服务、软件方案、3D成像和扫描等。与苹果和谷歌建立强大的移动应用平台一样,如果3D打印企业能建立起完善的技术平台和统一的技术标准,将设计、成像服务提供者、硬件和应用开发商聚拢到一起,它们才能占据市场的统治地位。未来掌握在平台提供者而非设备制造商手中。
应用的障碍
与任何新兴技术一样,3D打印在医疗领域的应用也面临着几个基本的障碍。首先是材料科学的限制。目前在生物医学领域,3D打印使用的材料选择有限,主要有高性能聚合物、金属和生物墨水(包含活体细胞)三种。这主要受限于我们对3D打印过程给材料和产品特性带来的影响和变化还知之甚少。例如打印过程是否会导致材料发生变异?人体对3D打印材料有何反应?企业应遵循什么样的材料标准?我们目前还无法完全回答这些问题。然而随着企业加强对打印流程的监测,政府和行业标准出台,材料数据库的建立,以及临床实验数据的累积,3D打印的材料技术也会赶上传统制造的水平。
3D打印机和原材料较高的成本也会为应用带来一定阻力。目前工业级3D打印机一般售价在几十万美元,高端打印系统售价高达200万美元。此外,打印材料的售价也不菲,例如一般生产流程所用聚合物的成本为2-3美元/千克。而3D打印使用的聚合物售价每千克高达数百美元。随着新材料的不断引入以及制造规模的扩大,3D打印的成本有望持续降低。
目前医疗人员、保险提供商和患者大多对3D打印技术持观望态度,他们期待看到3D打印产品性能大幅超越现有产品。例如,人们对定制植入物的价值还争论不休,由于大部分厂家可以提供不同尺寸的产品,这种半定制服务已经可以满足大部分患者的需求。但随着3D打印技术在更广阔的范围内证明自己的价值,消费者的态度也许会快速转变。
医疗企业如何迎接3D打印?
医疗企业应如何迎接3D打印技术的发展和颠覆趋势?我们认为以下几个步骤可以帮助企业从3D打印大潮中捕捉更大的价值。
做好战略预测。企业需要对未来可能发生的情景(2020、2025和2030)进行战略性预测,准备应对3D打印技术对企业产品和商业模式带来的冲击(见下图)。我们认为,3D打印产品的发展将保持较为稳定的速度,然而杀手级应用的出现会引领一波爆发式的增长。类似的情景曾在牙齿矫正器市场上演,3D打印产品让医生快速抛弃了传统的金属矫正器。做好战略预测能让企业对意料之外的颠覆做好准备,辨认应用的障碍,并快速采取应对措施。
系统性地评估应用价值。企业应拓宽思路,仔细评估如何利用3D打印技术提升疗效,加速治疗和康复过程,或满足之前无法满足的患者需求。同时他们应对产品和供应链进行分析,计算3D打印在材料节省、劳动力和模具等方面带来的成本节约。
开始试验。企业不妨投资一台3D打印机,看看它如何改善产品的设计流程。新的工具能激发人们以不同方式进行思考。在设计流程中,企业应大胆设想那些传统制造业无法完成的创新方案。
考虑进行并购或战略合作。时刻关注创新领域,评估商业创新在技术上成功的可能性,以及它们进入市场的潜力。值得注意的是,企业进行并购和结成战略合作伙伴的机会窗口正在不断缩小,领先的企业已经在这一领域投入重金。例如,化妆品公司欧莱雅就与Organovo合作,开发3D打印的皮肤组织。而强生公司正在与Tissue Regeneration System公司合作,研发定制化的、可被人体吸收的骨骼植入物。要投入3D打印领域,企业现在就要开始着手能力建设和筹集资本。
制定战略。根据企业不同的商业模式,3D打印预示着机会,也隐藏着危机。医疗技术产品从概念到产品的发展周期一般需要3-5年,而要建立一个强大的3D打印平台可能需要15年的时间。要保持竞争力,明智的企业现在就需要展开行动。
随着3D打印技术加速发展,它将在制造领域获得一席之地。而医疗企业有机会制造出人们前所未见的产品。3D打印技术有潜力在供应链、人工和物流等领域为企业削减成本。更重要的是,它能大幅提升产品的治疗效果以及患者可获得性。具有先见之明的企业已经开始行动,准备设计制造出突破性的产品。企业今天的行动,会决定它们未来的命运。
关于BCG大中华区医疗保健专项的专家:
廖天舒(Carol Liao)是波士顿咨询公司大中华区董事总经理、资深合伙人。
黄培杰(John Wong)是波士顿咨询公司资深合伙人兼董事总经理、BCG大中华区医疗保健专项领导人。

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