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全球首例3D打印人类眼角膜问世 用于移植或仍需时日
金陵 2018-06-04
导语

这意味着这项全新的技术在未来可以确保无限量的角膜供应。

据英国《快报》等媒体报道,英国纽卡斯尔大学的研究人员通过干细胞中提取研发的“生物墨水”和3D打印技术制成了人工角膜。

纽卡斯尔大学官方新闻稿中称,这意味着这项全新的技术在未来可以确保无限量的角膜供应。研究人员称,这种3D打印角膜目前尚无法用于移植,但未来有望解决全世界角膜捐赠短缺的难题。


▍人工角膜,离移植人体更进一步

在英国当地时间5月30日发表在《实验眼科研究》(Experimental Eye research)上的研究报告中,纽卡斯尔大学的研究人员们描述了一种角膜干细胞与海藻酸盐和胶原蛋白混合在一起,从而创造出一种可打印的解决方案,即“生物墨水”。

使用简单,且成本很低的3D生物打印机,“生物墨水”成功地被挤压成同心圆,从而形成人类角膜的形状,整个角膜的打印过程甚至不到10分钟。

这项研究的负责人、纽卡斯尔大学细胞工程学教授切·康农对于人工角膜培养中的关键技术进行了描述:“为了让3D打印的角膜成为可能,世界各地的许多研究小组多年来一直在寻找理想的‘生物墨水’。我们独特的凝胶——海藻酸盐和胶原蛋白的混合物——既能让干细胞存活,同时又能产生一种材料,这种材料足够坚硬,可以保持形状,但又足够柔软,可以从3D打印机的喷嘴中挤出。

:切·康农教授(右,图片来源:纽卡斯尔大学官网)

 “这是建立在我们之前的工作基础上的——我们在正常的室温下用类似的水凝胶让细胞存活数周。现在我们已经准备好实用含有干细胞的‘生物墨水’,这允许用户直接打印细胞,而不用担心细胞的单独生长。” 切·康农教授表示。

纽卡斯尔大学的官方新闻稿中称,包括来自纽卡斯尔大学遗传医学研究所的第一作者阿比盖尔·萨克森在内的科学家们也证明,他们还可以制造为不同患者量身定做的角膜。这是因为研究团队打印出来的细胞的尺寸最初是从真正的角膜中提取出来的——通过扫描患者的眼睛,他们可以利用这些数据快速打印出与患者眼睛大小和形状匹配的角膜。

我们的3D打印角膜还需要进行进一步的测试,而且我们还需要几年的时间才能用这些打印的角膜来进行移植。” 切·康农教授补充道。“然而,我们已经证明,通过扫描患者的眼睛来打印角膜是切实可行的,而且这种方法可能可以解决全球范围内的角膜短缺问题。

:英国科学家用“生物墨水”打印出了低成本的人工角膜(图片来源:纽卡斯尔大学官网)

▍角膜严重短缺,全球1500万患者等待治疗

英国快报在报道中称,全球有1500万患者必须需要通过手术来预防角膜的失明,但供移植的角膜量却存在严重的短缺。英国皇家国家盲人研究所(RNIBP)预计,仅在英国就有超过200万患者,即每30个人中就有一人存在不同程度的视力缺陷。

角膜的病症也是炎症、感染或其他眼疾引起的最常见的疾病之一。RNIBP表示示:“角膜的表面非常敏感,其含有许多神经末梢,甚至可以探测到极小的灰尘或绒毛。”

2016年2月发表在美国国家生物技术信息中心(NCBI)上的一份学术研究报告指出,2012年,研究人员在166个国家发现了184576例角膜移植手术,这些被移植的角膜是从储存在742个眼库中的283530个角膜中采购的。

该报告还指出,美国和斯里兰卡出口的可供移植角膜最多。新三板智库的研报指出:

美国以完善立法与细致入微的管理不仅保证本国角膜移植供应,还将剩余角膜远输国外。美国的眼库之所以有余力向国外输出角膜,是因为法律规定交通意外死亡或在公立医院死亡的人,没有家属明确反对情况下其角膜一律捐献,法律使角膜捐献成为习惯。此外,斯里兰卡尽管是发展中国家,却约有二十分之一的人口签下角膜移植同意书,人均捐赠角膜数量领先全球。

NCBI的这份报告总结称,全球每70个角膜患者中,仅仅只有一人可以得到角膜移植,这足以说明全球可供移植角膜数量的严重短缺。所以学者提倡鼓励角膜捐献必须在所有国家继续进行,但发展角膜替代品或补充品的方案也必不可少。

以上种种数据表明,如果3D打印的角膜在未来数年时间内投入实际应用,并为全球提供不限量的可移植角膜,对全球1500万渴望重见光明的患者来说,无疑是个福音。

▍我国角膜盲存量患者超过400 万,市场空间或超百亿

角膜病变主要分为四个发展阶段。

第一阶段:角膜病的早期,轻微感染,若能及时准确的用药治疗,可以治愈;

第二阶段:角膜溃疡期,主要通过用药维持,尚无修复材料应用;

第三阶段:角膜感染及时控制未击穿角膜,但造成角膜结构不可逆的破坏,视力下降或丧失,可以通过板层角膜移植重见光明;

第四阶段:感染击穿角膜,影响整个眼球,需要进行同种异体角膜全层移植手术。

第三、第四阶段属于严重角膜疾病,也称角膜盲。

新三板智库研究院郝方然在去年年底的一份行业研究报告中指出:

“(我国)角膜盲目前存量患者超过400万,每年新增病人10万。其中处于第三阶段的病人约为207万人;第四阶段病约为203 万人。理论上而言,通过同种异体角膜全层移植手术,可有效解决角膜盲的问题,但是由于目前国内每年角膜捐献仅约为5000例,供给非常有限,完全无法满足目前角膜移植的需求,市场缺口很大。”

从市场空间来看,第三阶段角膜病患者每年新增 7万人左右,存量患者约为200万人左右,考虑到存量患者市场教育和普及效率相对比较低,较难预估渗透率,假如只测算新增患者数量7万人,角膜修复材料的 价格为1.5万元,则刚需市场空间至少为10亿元,再叠加部分存量患者人群的渗透,整体刚需市场空间约为几十亿元,甚至超过百亿元。

文章链接:

Abigail Isaacson, Stephen Swioklo, Che J. Connon. 3D Bioprinting of a Corneal Stroma Equivalent. Experimental Eye Research.2018, 173:188-193, doi: 10.1016/j.exer.2018.05.010

文章来源:每日经济新闻

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作者 金陵

本科生

北京大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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