角膜是眼球壁最外层的前1/6，形似凹透镜，具有光线折射作用，是屈光间质的重要组成，在视觉成像中具有重要作用。
据世界卫生组织2001年统计，全世界有1000万人需要通过角膜手术来防止沙眼造成的失明，另有近500万人因角膜瘢痕而完全失明。尽管有大量的角膜捐献者，但相对于庞大的需求人群来说，角膜供体仍然处于严重供不应求的状态。
研发一种人工角膜弥补供体的不足一直是科学家追求的目标。而近日，英国科学家利用近几年火热的3D打印技术成功研制出世界首例3D打印人工角膜，为角膜患者带来曙光。
来源/纽卡斯尔大学官网
人工角膜主要分为医用高分子材料类和生物工程类两种。前者比较低端，一般用于常规角膜移植容易失败的少数疾病，国外已经有多种相对成熟的产品；后者则较为高端，也是本文的主角，这是一种利用生物工程技术生产的模拟人体角膜组织的材料，用于角膜移植手术，以期解决目前角膜移植供体相对缺乏的困境。此种人工角膜的研发已经有数十年的历史，目前科学家大多只是研发出角膜基质的支架结构，缺乏活性上皮和内皮细胞，需要移植后受体患者自身角膜上皮爬覆。
此次英国纽卡斯尔大学的组织工程师Che Connon教授将角膜干细胞与海藻酸盐和胶原蛋白混合在一起，成功创造出一种完美的“生物墨水”，这种生物墨水既能让干细胞存活，又是一种既坚硬又柔软的材料，坚硬到能够保持形状，柔软到能够从3D打印机的喷嘴中挤出。Che Connon教授表示，为了寻找这种完美的“生物墨水”，他们做了大量的测试试验，此前已经用类似的水凝胶让细胞在室温下存活了数周，现在使用含有角膜干细胞的生物墨水后，就可以允许用户直接打印细胞，而不必担心细胞的单独生长，整个打印过程不到十分钟。此外，他们可以通过扫描病人的眼睛获得数据，快速打印出大小和形状合适的眼角膜，以符合患者的独特要求。研究者将此款3D打印人工角膜命名为“Cornea”。
以下为打印步骤
支撑结构生成过程：A研究人体角膜的大小和自然曲率；B 通过FEM算法制作出原始角膜模型；C将角膜模型转换为实体，生成支撑结构，然后用平面圆密封；D线框视图；E去除中空后的视图；F最终的3D打印支撑结构。
使用做好的支撑结构来进行进一步的3D打印工序：A准备打印程序，并预览打印的同心方向性；B支撑结构表面涂上FRESH以促进3D打印；C 3D打印正在进行中，用台盼蓝染色3%海藻酸盐生物墨水以增加可见度；D 打印好后，孵育之前的人工角膜；E 孵育8分钟后吸除表面的FRESH，然后将角膜结构从支架中小心地抽离出来。
目前该3D打印人工角膜仍然需要使用器官捐赠者提供的角膜（角膜干细胞）做为材料，但让人欣慰的是它能够让一块健康角膜制做成50块人工角膜，这让器官轮候时间大幅加速50倍。纽卡斯尔大学在官方新闻稿中称，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。
尽管令人震惊和兴奋，但Che Connon教授表示，目前该人工角膜并不能直接用于移植，他们还需要更多的测试来确定其安全性和临床适应性，距离真正临床实用的那一天仍然还有一段距离要走。
参考文献：
Abigail Isaacson, Stephen Swioklo, Che J. Connon.3D bioprinting of a corneal stroma equivalent. [J]Experimental Eye Research 173 (2018) 188–193
3D生物打印或将成为角膜移植供体来源
（来源：《国际眼科时讯》编辑部）
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