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首個(gè)3D打印人工角膜問世
歷史上2018年5月30日(農(nóng)歷:2018年4月16日)大事記
2018年5月30日(農(nóng)歷2018年4月16日)，首個(gè)3D打印人工角膜問世。
角膜移植是治療相關(guān)疾病最有效的方法，不過全世界都面臨著角膜短缺的問題。
鈦媒體注：3D打印曾是最火爆的風(fēng)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(yīng)用場(chǎng)景，此次3D打印在角膜上的重大突破給行業(yè)帶來了積極的信號(hào)。
科技正在改變世界。
2015年著名歌手姚貝娜去世后捐獻(xiàn)了她的眼角膜，隨后的一年這對(duì)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(jié)構(gòu)，在視覺的聚焦上有著至關(guān)重要的作用，類似于照相機(jī)的鏡頭。全球范圍內(nèi)，有上千萬人因?yàn)榻悄は嚓P(guān)的疾病而出現(xiàn)視力衰弱，甚至失明。角膜移植是治療相關(guān)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(guó)科學(xué)家一項(xiàng)足以轟動(dòng)全球眼科界的技術(shù)，或?qū)⒆屔锨f被角膜疾病困擾的患者重獲光明。
首個(gè)3D打印人工角膜問世
尚無法用于移植
據(jù)英國(guó)《快報(bào)》等媒體報(bào)道，英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員通過干細(xì)胞中提取研發(fā)的“生物墨水”，用3D打印技術(shù)打印出了世界上首個(gè)人工角膜。
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)官方新聞稿中稱，這意味著這項(xiàng)全新的技術(shù)在未來可以確保無限量的角膜供應(yīng)。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(zèng)短缺的難題。
▲紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)官網(wǎng)截圖
目前全球有1000萬人需要通過手術(shù)來預(yù)防諸如沙眼這樣的傳染病導(dǎo)致的角膜失明，但全球范圍內(nèi)供患者移植的角膜嚴(yán)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(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年5月30日發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)眼科研究》(Experimental Eye research)上的研究報(bào)告中，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員們描述了一種角膜干細(xì)胞與海藻酸鹽和膠原蛋白混合在一起，從而創(chuàng)造出一種可打印的解決方案，即“生物墨水”。
使用簡(jiǎn)單，且成本很低的3D生物打印機(jī)，“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(gè)角膜的打印過程甚至不到10分鐘。
這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)細(xì)胞工程學(xué)教授切·康農(nóng)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(dú)特的凝膠——海藻酸鹽和膠原蛋白的混合物——既能讓干細(xì)胞存活，同時(shí)又能產(chǎn)生一種材料，這種材料足夠堅(jiān)硬，可以保持形狀，但又足夠柔軟，可以從3D打印機(jī)的噴嘴中擠出?！?/p>
▲切·康農(nóng)教授(右，圖片來源：紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)官網(wǎng))
“這是建立在我們之前的工作基礎(chǔ)上的——我們?cè)谡５氖覝叵掠妙愃频乃z讓細(xì)胞存活數(shù)周?，F(xiàn)在我們已經(jīng)準(zhǔn)備好實(shí)用含有干細(xì)胞的‘生物墨水’，這允許用戶直接打印細(xì)胞，而不用擔(dān)心細(xì)胞的單獨(dú)生長(zhǎng)。” 切·康農(nóng)教授表示。
紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的官方新聞稿中稱，包括來自紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)遺傳醫(yī)學(xué)研究所的第一作者阿比蓋爾·薩克森在內(nèi)的科學(xué)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?yàn)檠芯繄F(tuán)隊(duì)打印出來的細(xì)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(shù)據(jù)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(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，而且我們還需要幾年的時(shí)間才能用這些打印的角膜來進(jìn)行移植。” 切·康農(nóng)教授補(bǔ)充道。“然而，我們已經(jīng)證明，通過掃描患者的眼睛來打印角膜是切實(shí)可行的，而且這種方法可能可以解決全球范圍內(nèi)的角膜短缺問題?！?/p>
角膜嚴(yán)重短缺
全球1500萬患者等待治療
英國(guó)快報(bào)在報(bào)道中稱，全球有1500萬患者必須需要通過手術(shù)來預(yù)防角膜的失明，但供移植的角膜量卻存在嚴(yán)重的短缺。英國(guó)皇家國(guó)家盲人研究所(RNIBP)預(yù)計(jì)，僅在英國(guó)就有超過200萬患者，即每30個(gè)人中就有一人存在不同程度的視力缺陷。
▲英國(guó)科學(xué)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?fàn)柎髮W(xué)官網(wǎng))
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(jīng)末梢，甚至可以探測(cè)到極小的灰塵或絨毛?！?/p>
2016年2月發(fā)表在美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心(NCBI)上的一份學(xué)術(shù)研究報(bào)告指出，2012年，研究人員在166個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn)了184576例角膜移植手術(shù)，這些被移植的角膜是從儲(chǔ)存在742個(gè)眼庫中的283530個(gè)角膜中采購的。
該報(bào)告還指出，美國(guó)和斯里蘭卡出口的可供移植角膜最多。新三板智庫的研報(bào)指出：
美國(guó)以完善立法與細(xì)致入微的管理不僅保證本國(guó)角膜移植供應(yīng)，還將剩余角膜遠(yuǎn)輸國(guó)外。美國(guó)的眼庫之所以有余力向國(guó)外輸出角膜，是因?yàn)榉梢?guī)定交通意外死亡或在公立醫(yī)院死亡的人，沒有家屬明確反對(duì)情況下其角膜一律捐獻(xiàn)，法律使角膜捐獻(xiàn)成為習(xí)慣。此外，斯里蘭卡盡管是發(fā)展中國(guó)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(zèng)角膜數(shù)量領(lǐng)先全球。
NCBI的這份報(bào)告總結(jié)稱，全球每70個(gè)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(shù)量的嚴(yán)重短缺。所以學(xué)者提倡鼓勵(lì)角膜捐獻(xiàn)必須在所有國(guó)家繼續(xù)進(jìn)行，但發(fā)展角膜替代品或補(bǔ)充品的方案也必不可少。
以上種種數(shù)據(jù)表明，如果3D打印的角膜在未來數(shù)年時(shí)間內(nèi)投入實(shí)際應(yīng)用，并為全球提供不限量的可移植角膜，對(duì)全球1500萬渴望重見光明的患者來說，無疑是天大的福音。
共享我國(guó)角膜存量患者超過400萬
市場(chǎng)空間或超百億
每日經(jīng)濟(jì)新聞?dòng)浾呤崂戆l(fā)現(xiàn)，角膜病變主要分為四個(gè)發(fā)展階段。
第一階段：角膜病的早期，輕微感染，若能及時(shí)準(zhǔn)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(fù)材料應(yīng)用；
第三階段：角膜感染及時(shí)控制未擊穿角膜，但造成角膜結(jié)構(gòu)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(gè)眼球，需要進(jìn)行同種異體角膜全層移植手術(shù)。第三、第四階段屬于嚴(yán)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(yè)研究報(bào)告中指出：
“(我國(guó))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(shù)，可有效解決角膜盲的問題，但是由于目前國(guó)內(nèi)每年角膜捐獻(xiàn)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(chǎng)缺口很大?！?/p>
從市場(chǎng)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(chǎng)教育和普及效率相對(duì)比較低，較難預(yù)估滲透率，假如只測(cè)算新增患者數(shù)量7萬人，角膜修復(fù)材料的價(jià)格為1.5萬元，則剛需市場(chǎng)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(chǎng)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(shù)最初是應(yīng)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。在去年8月，世界首臺(tái)3D人體打印機(jī)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(fēng)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(yīng)用場(chǎng)景，此次3D打印在角膜上的重大突破給行業(yè)帶來了積極的信號(hào)。
