10分鐘3D打印人類眼角膜

顧易之

眼角膜移植“供不應(yīng)求”

眼角膜是我們眼睛的外部結(jié)構(gòu)，也是最重要的構(gòu)成要素之一。其占眼球壁最外層的前1/6，形似凹透鏡，就相當(dāng)于在眼球里面的“眼鏡”，“工作職能”包括聚焦光線和保護(hù)內(nèi)眼，是我們能看到大干世界的基礎(chǔ)。所以，角膜必須保持清晰、光滑、健康，才能有良好的視力?？蛇@么一個(gè)重要的部位卻又是非常的脆弱。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)有1500萬(wàn)人在等待角膜手術(shù)，這些人患有可能導(dǎo)致眼角膜受損甚至失明的沙眼等傳染性眼病。另有近500萬(wàn)人因燒傷、撕裂傷、擦傷或其他疾病引起的角膜瘢痕而完全失明。

我們都知道，當(dāng)眼角膜不幸受損后，如果不能靠治療修復(fù)，想要重新看清世界，就只剩下角膜移植一種方法了。通常，捐贈(zèng)者都是在去世后將自己的角膜捐獻(xiàn)或贈(zèng)給需要的人，好在這一移植不存在器官移植可能面臨的適應(yīng)性問題，也就是說(shuō)，眼角膜移植不需要等待“匹配”的捐獻(xiàn)者。不過，和器官捐獻(xiàn)面臨的相同困境是，眼角膜也處于“供不應(yīng)求”的狀態(tài)。相對(duì)于龐大的需求人群來(lái)說(shuō)，換上新的眼角膜這一過程只能靠“等”。2016年的一項(xiàng)研究提到，全球每70個(gè)角膜患者中，只有1人可以得到角膜移植，這足以說(shuō)明全球可供移植角膜數(shù)量的嚴(yán)重短缺。

正因如此，研發(fā)一種人工角膜彌補(bǔ)供體的不足一直是科學(xué)家追求的目標(biāo)。而近日，英國(guó)科學(xué)家利用近幾年火熱的3D打印技術(shù)成功研制出世界首例3D打印人工角膜，無(wú)疑為角膜患者帶來(lái)了曙光。

首例3D打印人工角膜問世

人工角膜主要分為醫(yī)用高分子材料類和生物工程類兩種。前者比較低端，一般用于常規(guī)角膜移植容易失敗的少數(shù)疾病，國(guó)外已經(jīng)有多種相對(duì)成熟的產(chǎn)品;后者則較為高端，也是本文的主角，這是一種利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的模擬人體角膜組織的材料，用于角膜移植手術(shù)，以期解決目前角膜移植供體相對(duì)缺乏的困境。此種人工角膜的研發(fā)已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，目前科學(xué)家大多只是研發(fā)出角膜基質(zhì)的支架結(jié)構(gòu)，缺乏活性上皮和內(nèi)皮細(xì)胞，需要移植后受體患者自身角膜上皮爬覆。

此次英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的科學(xué)家們將角膜干細(xì)胞與海藻酸鹽和膠原蛋白混合在一起，成功創(chuàng)造出一種完美的“生物墨水”。研究人員利用簡(jiǎn)單且成本很低的3D生物打印機(jī)，將“生物墨水”按照同心圓的“路徑”擠壓成型，從而形成人體角膜的形狀。據(jù)悉，等待人工眼角膜“新鮮出爐”的時(shí)間只有不到10分鐘?！拔覀儶?dú)特的凝膠結(jié)合了海藻酸及膠原蛋白，能使干細(xì)胞保持活性。同時(shí)，‘材料足夠堅(jiān)硬，能夠保持它的形狀，但又足夠軟，能夠從3D打印機(jī)的噴嘴中被順利‘?dāng)D出來(lái)。”紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)組織工程教授表示，世界上許多團(tuán)隊(duì)一直都在尋找理想的生物墨水，為的就是讓這一過程變得可行。教授介紹，這次的成功基于之前的各種嘗試，他們?cè)尲?xì)胞待在類似的水凝膠中，并讓它在室溫下存活了數(shù)周。而最新研制的含有干細(xì)胞的生物墨水，在能夠打印組織的同時(shí)，省去了單獨(dú)培育細(xì)胞的步驟。而且研究表明，干細(xì)胞還可以繼續(xù)發(fā)育。

據(jù)了解，利用這項(xiàng)技術(shù)，還可以“訂制”眼角膜來(lái)滿足患者眼睛的特別需求。打印組織的尺寸可從實(shí)際的眼角膜上獲取，通過掃描患者的眼睛，可以根據(jù)數(shù)據(jù)快速打印出大小、形狀相匹配的眼角膜。

用于移植或仍需時(shí)日

盡管3D打印人類眼角膜問世令人震驚和興奮，但這項(xiàng)研究打造出來(lái)的角膜并不能馬上投入使用。事實(shí)上，目前它還在準(zhǔn)備著進(jìn)行安全性方面的測(cè)試。相關(guān)研究人員表示，“這種3D打印出來(lái)的眼角膜用于實(shí)際移植可能還需幾年時(shí)間，但我們已經(jīng)證明，使用從人眼獲得的材料來(lái)打印眼角膜完全可行，或許還能讓眼角膜實(shí)現(xiàn)無(wú)限供應(yīng)。這一方法有望解決全球眼角膜緊缺的難題?！?/p>

如此看來(lái)，從初步的測(cè)試直到在人體身上的測(cè)試估計(jì)還有很長(zhǎng)的一段路要走，但在理論方面，它的各項(xiàng)特性都是符合要求的，這也足以讓我們看到了希望。

其實(shí)，3D打印技術(shù)最初是應(yīng)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。在去年8月，世界首臺(tái)3D人體打印機(jī)問世，它模擬身體組織和器官，使用生物墨水，讓3D打印的器官與人體更加融合，可以打印鼻子、嘴巴等各類可移植器官。

3D打印曾是最火爆的風(fēng)口，資本大量涌入，不過最近兩年熱度漸漸消散。究其原因是在3D打印在被熱捧后并沒有找到適合的應(yīng)用場(chǎng)景，此次3D打印在角膜上的重大突破給行業(yè)帶來(lái)了積極信號(hào)。如果它真的能夠大量使用，不僅可以幫助到無(wú)數(shù)由于眼角膜短缺而喪失了光明的一群人，而且也印證了3D打印技術(shù)未來(lái)將在造福人類方面發(fā)揮著重大作用。所以，就讓我們一起期待著它的到來(lái)吧。