發(fā)布日期：2018-06-12
角膜是眼球壁最外層的前1/6，形似凹透鏡，具有光線折射作用，是屈光間質(zhì)的重要組成，在視覺(jué)成像中具有重要作用。
據(jù)世界衛(wèi)生組織2001年統(tǒng)計(jì)，全世界有1000萬(wàn)人需要通過(guò)角膜手術(shù)來(lái)防止沙眼造成的失明，另有近500萬(wàn)人因角膜瘢痕而完全失明。盡管有大量的角膜捐獻(xiàn)者，但相對(duì)于龐大的需求人群來(lái)說(shuō)，角膜供體仍然處于嚴(yán)重供不應(yīng)求的狀態(tài)。
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，為角膜患者帶來(lái)曙光。
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)的組織工程師Che Connon教授將角膜干細(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”，這種生物墨水既能讓干細(xì)胞存活，又是一種既堅(jiān)硬又柔軟的材料，堅(jiān)硬到能夠保持形狀，柔軟到能夠從3D打印機(jī)的噴嘴中擠出。Che Connon教授表示，為了尋找這種完美的“生物墨水”，他們做了大量的測(cè)試試驗(yàn)，此前已經(jīng)用類似的水凝膠讓細(xì)胞在室溫下存活了數(shù)周，現(xiàn)在使用含有角膜干細(xì)胞的生物墨水后，就可以允許用戶直接打印細(xì)胞，而不必?fù)?dān)心細(xì)胞的單獨(dú)生長(zhǎng)，整個(gè)打印過(guò)程不到十分鐘。此外，他們可以通過(guò)掃描病人的眼睛獲得數(shù)據(jù)，快速打印出大小和形狀合適的眼角膜，以符合患者的獨(dú)特要求。研究者將此款3D打印人工角膜命名為“Cornea”。
以下為打印步驟
支撐結(jié)構(gòu)生成過(guò)程：A研究人體角膜的大小和自然曲率；B 通過(guò)FEM算法制作出原始角膜模型；C將角膜模型轉(zhuǎn)換為實(shí)體，生成支撐結(jié)構(gòu)，然后用平面圓密封；D線框視圖；E去除中空后的視圖；F最終的3D打印支撐結(jié)構(gòu)。
使用做好的支撐結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的3D打印工序：A準(zhǔn)備打印程序，并預(yù)覽打印的同心方向性；B支撐結(jié)構(gòu)表面涂上FRESH以促進(jìn)3D打??；C 3D打印正在進(jìn)行中，用臺(tái)盼藍(lán)染色3%海藻酸鹽生物墨水以增加可見(jiàn)度；D 打印好后，孵育之前的人工角膜；E 孵育8分鐘后吸除表面的FRESH，然后將角膜結(jié)構(gòu)從支架中小心地抽離出來(lái)。
目前該3D打印人工角膜仍然需要使用器官捐贈(zèng)者提供的角膜（角膜干細(xì)胞）做為材料，但讓人欣慰的是它能夠讓一塊健康角膜制做成50塊人工角膜，這讓器官輪候時(shí)間大幅加速50倍。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)在官方新聞稿中稱，這意味著這項(xiàng)全新的技術(shù)在未來(lái)可以確保無(wú)限量的角膜供應(yīng)。
盡管令人震驚和興奮，但Che Connon教授表示，目前該人工角膜并不能直接用于移植，他們還需要更多的測(cè)試來(lái)確定其安全性和臨床適應(yīng)性，距離真正臨床實(shí)用的那一天仍然還有一段距離要走。
參考文獻(xiàn)：Abigail Isaacson, Stephen Swioklo, Che J. Connon.3D bioprinting of a corneal stroma equivalent. [J]Experimental Eye Research 173 (2018) 188–193
來(lái)源：國(guó)際眼科時(shí)訊
