重大突破,3D打印眼角膜問世!首個3D打印人工角膜問世,尚無法用于移植

來自:每日經濟新聞(微信號:nbdnews),作者:每經記者,每經記者:蔡鼎,每經編輯:何小桃

科技正在改變世界。


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。


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。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。


圖片來源:新三板智庫


不過,近日英國科學家一項足以轟動全球眼科界的技術,或將讓上千萬被角膜疾病困擾的患者重獲光明


首個3D打印人工角膜問世

尚無法用于移植


據英國《快報》等媒體報道,英國紐卡斯爾大學的研究人員通過干細胞中提取研發的“生物墨水”,用3D打印技術打印出了世界上首個人工角膜。


紐卡斯爾大學官方新聞稿中稱,這意味著這項全新的技術在未來可以確保無限量的角膜供應。研究人員稱,這種3D打印角膜目前尚無法用于移植,但未來有望解決全世界角膜捐贈短缺的難題。


紐卡斯爾大學官網截圖


目前全球有1000萬人需要通過手術來預防諸如沙眼這樣的傳染病導致的角膜失明,但全球范圍內供患者移植的角膜嚴重短缺。除了這1000萬人外,還有500萬人因燒傷、劃傷、擦傷或疾病引起的角膜瘢痕而完全失明。


在英國當地時間5月30日發表在《實驗眼科研究》(Experimental Eye research)上的研究報告中,紐卡斯爾大學的研究人員們描述了一種角膜干細胞與海藻酸鹽和膠原蛋白混合在一起,從而創造出一種可打印的解決方案,即“生物墨水”。


使用簡單,且成本很低的3D生物打印機,“生物墨水”成功地被擠壓成同心圓,從而形成人類角膜的形狀。更令人驚訝的是,整個角膜的打印過程甚至不到10分鐘。


這項研究的負責人、紐卡斯爾大學細胞工程學教授切·康農表示:“為了讓3D打印的角膜成為可能,世界各地的許多研究小組多年來一直在尋找理想的‘生物墨水’。我們獨特的凝膠——海藻酸鹽和膠原蛋白的混合物——既能讓干細胞存活,同時又能產生一種材料,這種材料足夠堅硬,可以保持形狀,但又足夠柔軟,可以從3D打印機的噴嘴中擠出。”


切·康農教授(右,圖片來源:紐卡斯爾大學官網)


“這是建立在我們之前的工作基礎上的——我們在正常的室溫下用類似的水凝膠讓細胞存活數周。現在我們已經準備好實用含有干細胞的‘生物墨水’,這允許用戶直接打印細胞,而不用擔心細胞的單獨生長。” 切·康農教授表示。


紐卡斯爾大學的官方新聞稿中稱,包括來自紐卡斯爾大學遺傳醫學研究所的第一作者阿比蓋爾·薩克森在內的科學家們也證明,他們還可以制造為不同患者量身定做的角膜。這是因為研究團隊打印出來的細胞的尺寸最初是從真正的角膜中提取出來的——通過掃描患者的眼睛,他們可以利用這些數據快速打印出與患者眼睛大小和形狀匹配的角膜。


“我們的3D打印角膜還需要進行進一步的測試,而且我們還需要幾年的時間才能用這些打印的角膜來進行移植。” 切·康農教授補充道。“然而,我們已經證明,通過掃描患者的眼睛來打印角膜是切實可行的,而且這種方法可能可以解決全球范圍內的角膜短缺問題。”


角膜嚴重短缺

全球1500萬患者等待治療


英國快報在報道中稱,全球有1500萬患者必須需要通過手術來預防角膜的失明,但供移植的角膜量卻存在嚴重的短缺。英國皇家國家盲人研究所(RNIBP)預計,僅在英國就有超過200萬患者,即每30個人中就有一人存在不同程度的視力缺陷。


英國科學家用“生物墨水”打印出了低成本的人工角膜(圖片來源:紐卡斯爾大學官網)


角膜的病癥也是炎癥、感染或其他眼疾引起的最常見的疾病之一。RNIBP表示示:“角膜的表面非常敏感,其含有許多神經末梢,甚至可以探測到極小的灰塵或絨毛。”


2016年2月發表在美國國家生物技術信息中心(NCBI)上的一份學術研究報告指出,2012年,研究人員在166個國家發現了184576例角膜移植手術,這些被移植的角膜是從儲存在742個眼庫中的283530個角膜中采購的。


該報告還指出,美國和斯里蘭卡出口的可供移植角膜最多。新三板智庫的研報指出:


美國以完善立法與細致入微的管理不僅保證本國角膜移植供應,還將剩余角膜遠輸國外。美國的眼庫之所以有余力向國外輸出角膜,是因為法律規定交通意外死亡或在公立醫院死亡的人,沒有家屬明確反對情況下其角膜一律捐獻,法律使角膜捐獻成為習慣。此外,斯里蘭卡盡管是發展中國家,卻約有二十分之一的人口簽下角膜移植同意書,人均捐贈角膜數量領先全球。


NCBI的這份報告總結稱,全球每70個角膜患者中,僅僅只有一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。所以學者提倡鼓勵角膜捐獻必須在所有國家繼續進行,但發展角膜替代品或補充品的方案也必不可少。


以上種種數據表明,如果3D打印的角膜在未來數年時間內投入實際應用,并為全球提供不限量的可移植角膜,對全球1500萬渴望重見光明的患者來說,無疑是天大的福音。


我國角膜盲存量患者超過400 萬

市場空間或超百億


每日經濟新聞(微信號:nbdnews)記者梳理發現,角膜病變主要分為四個發展階段。


第一階段:角膜病的早期,輕微感染,若能及時準確的用藥治療,可以治愈;


第二階段:角膜潰瘍期,主要通過用藥維持,尚無修復材料應用;


第三階段:角膜感染及時控制未擊穿角膜,但造成角膜結構不可逆的破壞,視力下降或喪失,可以通過板層角膜移植重見光明;


第四階段:感染擊穿角膜,影響整個眼球,需要進行同種異體角膜全層移植手術。第三、第四階段屬于嚴重角膜疾病,也稱角膜盲。


新三板智庫研究院郝方然在去年年底的一份行業研究報告中指出:


(我國)角膜盲目前存量患者超過400 萬,每年新增病人10萬。其中處于第三階段的病人約為207萬人;第四階段病約為 203 萬人。理論上而言,通過同種異體角膜全層移植手術,可有效解決角膜盲的問題,但是由于目前國內每年角膜捐獻僅約為5000例,供給非常有限,完全無法滿足目前角膜移植的需求,市場缺口很大。”


從市場空間來看,第三階段角膜病患者每年新增 7萬人左右,存量患者約為200萬人左右,考慮到存量患者市場教育和普及效率相對比較低,較難預估滲透率,假如只測算新增患者數量7萬人,角膜修復材料的價格為1.5萬元,則剛需市場空間至少為10億元,再疊加部分存量患者人群的滲透,整體剛需市場空間約為幾十億元,甚至超過百億元。


值得注意的是,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的信號。

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