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第一个人工角膜

工程技术第一个人工角膜

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。

角膜是眼睛的透明圆顶状最外层。 角膜是光线到达眼睛后部视网膜之前通过的第一个晶状体。 角膜通过透射折射光在聚焦视觉方面起着非常重要的作用。 它还为我们的眼睛提供保护,任何损坏或伤害都可能导致视力严重受损甚至失明。 据世界卫生组织称,全世界约有 10 万人需要接受手术以预防因沙眼或某些眼部疾病等疾病引起的角膜失明。 有 XNUMX 万人因烧伤、擦伤或其他情况导致角膜瘢痕形成而导致完全失明。 角膜受损的唯一治疗方法是接受 角膜移植然而,角膜移植供不应求。 此外,还有许多与角膜移植相关的风险/并发症,包括眼部感染、使用缝线等。最重要和最严重的问题是,有时(角膜)供体组织在进行移植后会被排斥。 这是一种不稳定的情况,尽管这种情况很少发生在 5% 到 30% 的患者中。

第一个 3D 打印的人体角膜

在发表的一项研究 实验眼科研究,英国纽卡斯尔大学的科学家们当时使用三维 (3D) 打印技术为人眼生产或“制造”角膜,这可能是获得角膜移植的福音。 使用成熟的 3D 生物打印技术,研究人员使用了干细胞(来自 人角膜)来自健康的供体角膜,他们将它们与海藻酸盐和胶原蛋白混合,以创造出一种可以打印的溶液。 这种称为生物墨水的解决方案是 3D 打印任何东西的最重要要求。 生物打印是传统3D打印的延伸,但适用于生物活体材料,这就是为什么需要使用由“活细胞结构”组成的生物墨水来代替的原因。 他们独特的凝胶——由海藻酸盐和胶原蛋白组成——能够使干细胞保持活力,同时产生一种足够坚固以保持形状但仍然柔软以能够从 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,其中他们制备的生物墨水成功地组织成同心圆,形成了一个圆顶形状的 人工角膜. 获得了角膜独特的“弯曲形状”,使这项研究取得了成功。 这个打印过程用了不到 10 分钟。 然后看到干细胞正在生长。

自从 3D 生物打印越来越受欢迎以来,研究人员一直在寻找最适合的理想生物墨水,以可行且高效地制造角膜。 纽卡斯尔大学的这个小组率先实现了这一目标。 同一组研究人员早些时候表明,他们在室温下在简单的藻酸盐和胶原蛋白凝胶中使细胞存活数周。 通过这项研究,他们已经能够将这种可用的角膜移植到一周内,细胞保持 83% 的存活率。 因此,可以打印组织而不必担心它们是否会生长(即保持活力),因为这两种方法都可以在同一介质中实现。

制作患者特异性角膜

研究人员还在这项研究中表明,可以构建角膜以满足每个患者的独特要求。 首先,扫描患者的眼睛,生成数据以将“打印角膜”与所需的确切形状和大小相匹配。 尺寸取自实际角膜本身,然后使打印高度准确和可行。 3D打印技术已在生产中进行测试 人造的 心脏和其他一些组织。 过去曾制造过扁平组织,但据作者称,这是第一次制造出“成形”角膜。 虽然这种方法仍然需要健康的供体角膜,但干细胞已成功地用于在人造角膜中生长成更多的细胞。 一个健康的角膜不会“取代”受损的角膜,但我们可以从一个捐赠的角膜中培育出足够的细胞来打印 50 个人造角膜。 这将是比仅进行一次移植更有益的方案。

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。

***

{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

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

赛欧团队
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