角膜盲患者的福音：英科學家成功3D列印出首個人類眼角膜

眼角膜是我們眼睛最外層的一層透明薄膜，如果把眼睛比作是相機，那眼角膜就是相機的鏡頭，在視覺聚焦方面有著重要作用。眼角膜上有十分敏感的神經末梢，也容易受到損傷，眼角膜受傷會導致視力下降甚至失明，據統計僅中國就有400多萬「角膜盲」患者，全世界更是有1500萬人需要角膜移植手術來避免因角膜損傷變成盲人。

角膜移植是治療「角膜盲」的唯一手段，雖然目前已經發展了人工角膜假體、生物活性角膜等人造角膜，但是來自人類的角膜捐獻仍然是角膜移植術比較成熟和可靠的角膜來源。其他利用有機材料、無機材料、天然生物材料或合成高分子材料製備的角膜對於宿主而言始終是異物，有很大局限性，且易發生併發症。

近日，來自英國紐卡斯爾大學(Newcastle University)的科學家們利用人類眼角膜幹細胞成功3D列印出了世界上首個人類眼角膜，且具有很高的細胞活性，有望緩解需求巨大的眼角膜缺口，堪稱角膜盲患者的福音。相關研究成功在線發表在5月30日的Experimental Eye Research期刊上。(「3D bioprinting of a corneal stroma equivalent」)

據研究人員透露，他們只用了一種簡單且低成本的3D生物印表機就實現了這種眼角膜的列印。不過他們的創新之處在於3D列印所使用的材料：他們利用健康人類角膜中的幹細胞與其他生物材料混合在一起製作了一種特殊的「生物墨水」。

3D列印人類眼角膜的步驟示意圖

該團隊發表的論文顯示，這種特殊的「生物墨水」實際上是由一種膠原蛋白以及海藻酸鹽製成的水凝膠混合物，其中添加了取自健康人類的角膜幹細胞。

這種水凝膠混合物構成的「生物墨水」，通過最普通的3D生物印表機的噴嘴，可以在6分鐘內擠出同心圓，一個類似人類眼角膜形狀的支撐結構，然後其中的角膜幹細胞可以在其上生長，從而產生角膜移植手術所需要的角膜。研及人員發現列印後的角膜細胞表現出了很高的細胞活力，在列印後的第一天超過90%的細胞存活，列印後的第7天超過83%的細胞存活。

3D列印眼角膜的示意圖及示例

負責該研究的紐卡斯爾大學組織工程學教授Che Connon表示，世界各地的多個研究團隊都在試圖合成理想的生物墨水，以使角膜的3D列印成為現實。而他們技術的最大優勢在於海藻酸鹽和膠原蛋白的組合，不僅能夠保持角膜幹細胞活性，同時能夠產生強度足夠的材料來保持其形狀，但又足夠柔軟從而對3D生物印表機的噴嘴沒有過高要求。

研究人員表示他們的成果與他們之前的工作密不可分。此前他們已經成功讓幹細胞在類似的水凝膠環境中存活數周。因此他們現在能夠使用含有幹細胞的「生物墨水」來列印出人體組織，而不必擔心需要單獨培養細胞。

同時研究人員還表示，利用這項技術他們可以為患者定製角膜來滿足每個個體的獨特需求。最初列印出的角膜組織的尺寸取自一個實際的角膜。而通過掃描病人的眼睛，研究人員可以對病人眼睛建模，並使用這些數據來快速列印符合該病人眼睛尺寸和形狀的角膜。

不過Connon教授表示他們現在3D列印的眼角膜還需要進行進一步的測試，才能確保安全，可能還需要數年的時間才能將其用於角膜盲病人的移植手術。小納認為，該研究成功3D列印眼角膜已經證明了基於患者眼睛定製3D列印角膜確實可行，雖然還需要一定時間的打磨，但是無疑已經為角膜盲病人指出了一條通往光明的道路。

來源：Newcastle University

文獻鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014483518302124

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