科学家们首次使用 3D 打印技术对人类角膜进行了生物工程，这可以促进角膜移植。
角膜是眼睛最外层透明的圆顶状组织。光线穿过角膜后，首先照射到眼球后部的视网膜上。角膜通过透射和折射光线，在聚焦视觉方面发挥着至关重要的作用。它还能保护我们的眼睛，任何损伤都可能导致严重的视力障碍，甚至失明。据世界卫生组织统计，全球约有1000万人需要接受手术来预防角膜盲，角膜盲是由沙眼或其他眼部疾病引起的。另有500万人因烧伤、擦伤或其他原因导致的角膜瘢痕而完全失明。角膜损伤的唯一治疗方法是角膜移植，然而，角膜移植的需求远远超过供应。此外，角膜移植还存在许多风险和并发症，包括眼部感染、缝合等。最重要和最严重的问题是，有时移植后供体（角膜）组织会发生排斥反应。这种情况很危险，虽然罕见，但确实发生在 5% 到 30% 的患者身上。
第一个 3D 打印的人体角膜
英国纽卡斯尔大学的科学家在《实验眼科研究》杂志上发表的一项研究中，首次利用三维（3D）打印技术制造或“制造”了人眼角膜，这有望为角膜移植带来福音。研究人员利用成熟的3D生物打印技术，从健康捐献者的角膜中提取干细胞，并将其与藻酸盐和胶原蛋白混合，制成可用于打印的溶液。这种被称为生物墨水的溶液是3D打印的关键。生物打印是传统3D打印的延伸，应用于生物活性材料，因此需要使用由“活细胞结构”组成的生物墨水。他们独特的凝胶——由藻酸盐和胶原蛋白组成——能够保持干细胞的活性，同时还能产生一种既足够坚固以保持形状，又足够柔软以便从3D打印机中挤出的材料。研究人员使用了一种简单、廉价的3D生物打印机，成功地将他们制备的生物墨水排列成同心圆，形成人工角膜的穹顶形状。角膜独特的“弧形”形状得以实现，这使得这项研究取得了成功。整个打印过程耗时不到10分钟。随后观察到干细胞开始生长。
自3D生物打印技术普及以来，研究人员一直在寻找最合适的理想生物墨水，以便高效、可行地制造角膜。纽卡斯尔大学的研究团队率先实现了这一目标。该团队此前已证明，他们能够在室温下，利用藻酸盐和胶原蛋白的简单凝胶，使细胞存活数周。在这项研究中，他们成功地将这种可用的角膜移植到人体，并在一周内保持了83%的细胞存活率。因此，由于在同一培养基中可以同时实现细胞生长和存活，打印组织时无需担心其能否生长（即保持活性）。
制作患者特异性角膜
研究人员在这项研究中还表明，可以根据每位患者的独特需求定制角膜。首先，扫描患者的眼睛，生成数据，以便将“打印角膜”的形状和尺寸与所需的精确尺寸相匹配。尺寸数据取自实际角膜，从而确保打印的高精度和可行性。3D打印技术已在人工心脏和其他一些组织的制造中得到应用。过去曾制造过平面组织，但据作者称，这是首次制造出“异形”角膜。虽然这种方法仍然需要健康的捐献角膜，但干细胞已被成功用于培育人工角膜中的更多细胞。一个健康的角膜无法“替代”受损的角膜，但我们可以从一个捐献的角膜中培养出足够的细胞，从而打印出50个人工角膜。这将比仅进行一次移植手术更有益。
未来
这项研究仍处于初步阶段，3D 打印的角膜需要进一步评估。 研究人员表示，他们的工作需要几年时间才能将这种人造角膜用于移植，因为动物和人体试验仍有待进行。 还需要检查这种材料是否有效，是否需要进行大量微调。 研究人员相信这些人造角膜将在未来 5 年内投入实际使用。 3D 打印技术的可用性现在不是问题，因为它变得便宜并且生物打印正在兴起，并且可能在几年内有标准程序可用。 现在更多的重点是使用干细胞来重建或替换受损的组织，而该方法的打印方面大多是流线型的。
这项研究是朝着解决方案迈出的重要一步，该解决方案可以为我们在全球范围内提供无限的角膜移植供应。 此外，一家意大利公司的研究人员正在考虑最终创造“3D 打印眼睛”的方向，该眼睛将通过使用潜在的生物墨水以类似的方式构建，其中包含替换自然眼睛中发现的细胞所需的明显细胞. 生物墨水可以根据具体要求以不同的组合方式变化。 他们的目标是到 2027 年将这些“人造眼睛”推向市场。该研究已经生产出最先进的人造角膜，并强调生物打印是解决器官和组织短缺的潜在解决方案。
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来源（S）
艾萨克森 A 等人。 2018. 角膜基质等效物的 3D 生物打印。 实验眼科研究.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
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