10分鐘3D打印人類眼角膜

■本刊記者 顧易之

毫無疑問，作為當下發展前景最為廣闊的一門技術——3D打印，給人們帶來了無限的想象力，尤其是在醫學領域的應用，更是成為外界關注的焦點。就在最近，3d打印技術又現新的成果！來自英國紐卡斯爾大學的科學家們表示，已經創造出了全球首個3D打印人類眼角膜。通過使用獨特的“生物墨水”和角膜干細胞，研究人員可以在10分鐘之內打印出人類可用的3D打印眼角膜。

眾所周知，眼角膜作為人眼的最外層結構，在視覺的聚焦上有著至關重要的作用，類似于照相機的鏡頭。而對于很多失明患者來說，角膜無疑是最珍貴的部位，可角膜的捐獻向來不是很常見的事情。2015年著名歌手姚貝娜去世后捐獻了她的眼角膜，隨后的一年這對眼角膜先后幫助深圳、成都、武漢的三位眼疾患者重見光明。

事實上，全球范圍內，有上千萬人因為角膜相關的疾病而出現視力衰弱，甚至失明。角膜移植是治療相關疾病最有效的方法，不過全世界都面臨著角膜短缺的問題。所以，科學家一直在努力解決這一問題。而首個3D打印人類眼角膜的問世，無疑是巨大的福音。這意味著，如果未來能實際使用，或許能讓眼角膜實現無限量供應。大批量移植眼角膜將不再是夢。

眼角膜移植“供不應求”

眼角膜是我們眼睛的外部結構，也是最重要的構成要素之一。其占眼球壁最外層的前1/6，形似凹透鏡，就相當于在眼球里面的“眼鏡”，“工作職能”包括聚焦光線和保護內眼，是我們能看到大千世界的基礎。所以，角膜必須保持清晰、光滑、健康，才能有良好的視力。可這么一個重要的部位卻又是非常的脆弱。據不完全統計，世界范圍內有1500萬人在等待角膜手術，這些人患有可能導致眼角膜受損甚至失明的沙眼等傳染性眼病。另有近500萬人因燒傷、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，當眼角膜不幸受損后，如果不能靠治療修復，想要重新看清世界，就只剩下角膜移植一種方法了。通常，捐贈者都是在去世后將自己的角膜捐獻或贈給需要的人，好在這一移植不存在器官移植可能面臨的適應性問題，也就是說，眼角膜移植不需要等待“匹配”的捐獻者。不過，和器官捐獻面臨的相同困境是，眼角膜也處于“供不應求”的狀態。相對于龐大的需求人群來說，換上新的眼角膜這一過程只能靠“等”。2016年的一項研究提到，全球每70個角膜患者中，只有1人可以得到角膜移植，這足以說明全球可供移植角膜數量的嚴重短缺。

正因如此，研發一種人工角膜彌補供體的不足一直是科學家追求的目標。而近日，英國科學家利用近幾年火熱的3D打印技術成功研制出世界首例3D打印人工角膜，無疑為角膜患者帶來了曙光。

首例3D打印人工角膜問世

人工角膜主要分為醫用高分子材料類和生物工程類兩種。前者比較低端，一般用于常規角膜移植容易失敗的少數疾病，國外已經有多種相對成熟的產品；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生產的模擬人體角膜組織的材料，用于角膜移植手術，以期解決目前角膜移植供體相對缺乏的困境。此種人工角膜的研發已經有數十年的歷史，目前科學家大多只是研發出角膜基質的支架結構，缺乏活性上皮和內皮細胞，需要移植后受體患者自身角膜上皮爬覆。

此次英國紐卡斯爾大學的科學家們將角膜干細胞與海藻酸鹽和膠原蛋白混合在一起，成功創造出一種完美的“生物墨水”。研究人員利用簡單且成本很低的3D生物打印機，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。據悉，等待人工眼角膜“新鮮出爐”的時間只有不到10分鐘。“我們獨特的凝膠結合了海藻酸及膠原蛋白，能使干細胞保持活性。同時，‘材料’足夠堅硬，能夠保持它的形狀，但又足夠軟，能夠從3D打印機的噴嘴中被順利‘擠’出來。”紐卡斯爾大學組織工程教授表示，世界上許多團隊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，他們曾讓細胞待在類似的水凝膠中，并讓它在室溫下存活了數周。而最新研制的含有干細胞的生物墨水，在能夠打印組織的同時，省去了單獨培育細胞的步驟。而且研究表明，干細胞還可以繼續發育。

據了解，利用這項技術，還可以“訂制”眼角膜來滿足患者眼睛的特別需求。打印組織的尺寸可從實際的眼角膜上獲取，通過掃描患者的眼睛，可以根據數據快速打印出大小、形狀相匹配的眼角膜。

用于移植或仍需時日

盡管3D打印人類眼角膜問世令人震驚和興奮，但這項研究打造出來的角膜并不能馬上投入使用。事實上，目前它還在準備著進行安全性方面的測試。相關研究人員表示，“這種3D打印出來的眼角膜用于實際移植可能還需幾年時間，但我們已經證明，使用從人眼獲得的材料來打印眼角膜完全可行，或許還能讓眼角膜實現無限供應。這一方法有望解決全球眼角膜緊缺的難題。”

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

其實，3D打印技術最初是應用于模具制造、工業設計等領域，后逐漸用于一些產品的直接制造。在去年8月，世界首臺3D人體打印機問世，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用場景，此次3D打印在角膜上的重大突破給行業帶來了積極信號。如果它真的能夠大量使用，不僅可以幫助到無數由于眼角膜短缺而喪失了光明的一群人，而且也印證了3D打印技術未來將在造福人類方面發揮著重大作用。所以，就讓我們一起期待著它的到來吧。