3D打印角膜已植入動(dòng)物體內(nèi),，市場(chǎng)100億美元，Precise Bio推出眼科業(yè)務(wù)部門

2018年10月30日,，南極熊從外媒獲悉,，總部位于北卡羅來納州的再生醫(yī)學(xué)公司Precise Bio宣布在Winston-Salem工廠推出專門的眼科業(yè)務(wù)部門。 除了可實(shí)現(xiàn)組織和器官的大規(guī)模生物制造,，Precise Bio還利用其生物和技術(shù)能力與成熟的醫(yī)療保健公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,，旨在推進(jìn)眼睛的3D生物打印研究并將其推向市場(chǎng)。

Precise Bio的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Aryeh Batt說：“作為第一家在動(dòng)物身上移植3D打印角膜的公司,，我們?cè)谕苿?dòng)眼科生物打印組織的使用方面處于獨(dú)特地位,。致力于實(shí)現(xiàn)這一潛力的業(yè)務(wù)部門將支持我們未來的融資戰(zhàn)略，并確保我們的財(cái)務(wù)資源與我們的技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)與市場(chǎng)的巨大潛力保持一致,，而這個(gè)市場(chǎng)估計(jì)累計(jì)價(jià)值為100億美元,。“

Precise Bio開發(fā)了一種創(chuàng)新的4D生物制造技術(shù),，該技術(shù)包括細(xì)胞擴(kuò)增,，生物材料，工藝,，打印技術(shù),。與其他生物制造方法相比，該平臺(tái)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠以高度可重復(fù)的方式生成復(fù)雜的組織,，并將從一個(gè)組織的制造中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)應(yīng)用到下一個(gè)組織,。該平臺(tái)可以解決現(xiàn)有3D生物打印技術(shù)的關(guān)鍵局限性，并為更復(fù)雜的組織和器官的工程設(shè)計(jì)鋪平了道路,。

Precise Bio是第一家對(duì)基于人類細(xì)胞的角膜移植物進(jìn)行3D生物打印并將其移植到動(dòng)物體內(nèi)的公司,。初步研究結(jié)果支持Precise Bio新技術(shù)的可行性，安全性和有效性,，為未來人體試驗(yàn)的發(fā)展和進(jìn)步奠定了基礎(chǔ),。該公司強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)使其能夠推進(jìn)其打印的人類角膜計(jì)劃，同時(shí)開發(fā)用于眼科適應(yīng)癥的其他器官和組織,。這包括多種可能性,，包括視網(wǎng)膜貼片，視力矯正微透鏡,，眼表疾病解決方案等,。

Precise Bio的4D生物制造平臺(tái)以其專有的激光輔助生物打印技術(shù)為基礎(chǔ)

維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）教授,，Precise Bio聯(lián)合創(chuàng)始人Shay Soker博士說：“Precise Bio的技術(shù)有可能真正改變嚴(yán)重疾病的治療方法,，并解決角膜置換和其他適應(yīng)癥的未滿足需求，這是有限數(shù)量的供體組織和器官無法滿足的,。該公司的技術(shù)克服了生物打印組織和器官的可擴(kuò)展,，可重復(fù)制造的多重挑戰(zhàn)，并使Precise Bio在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位�,！�


早在2013年5月,，南極熊便開始了思考，思考一個(gè)3d打印器官的技術(shù)方法,。從一些醫(yī)學(xué)資料可以了解到,，器官移植技術(shù)不是患者的最大敵人，由于異體移植的免疫排斥反應(yīng)嚴(yán)重,、器官來源少,，患者最苦于的是沒有合適的供體。腎臟,、肝臟,、心臟等器官移植被人們所熟知，經(jīng)常需要移植的器官中,，眼角膜也是一個(gè)很大比例的部分,，由于眼角膜損壞而失明的患者眾多。黑夜給了他們黑色的眼鏡,，他們渴望用來尋找光明,，薄薄的眼角膜卻像一堵厚厚的墻，把這部分人擋在光明之外,。

     眼角膜的解剖和生理角膜從結(jié)構(gòu)上可分為5層：上皮細(xì)胞層,、Bowman層、基質(zhì)層,、Descemet膜,、內(nèi)皮細(xì)胞層。相對(duì)于其他心臟等復(fù)雜器官組織來說,，更為簡單,。好吧，就從眼角膜來試一試,。

眼角膜結(jié)構(gòu)圖

上皮細(xì)胞層
上皮細(xì)胞層厚約50微米,，易與Bowman層相分離，由5~7層細(xì)胞組成,，共有3種類型細(xì)胞：基底細(xì)胞,、翼狀細(xì)胞、扁平細(xì)胞,。上皮細(xì)胞間以橋小體相接,，構(gòu)成致密的質(zhì)膜，這層致密堅(jiān)固的屏障可阻止大部分微生物的侵入,，阻止淚液中液體和電解質(zhì)進(jìn)入基質(zhì)層,，使得角膜處于相對(duì)脫水狀態(tài),。上皮細(xì)胞層是角膜抵御外來侵犯的第一道重要防線， 是一種非角化鱗狀上皮,。

Bowman層（前彈力層）
Bowman層位于上皮基底膜后面,，厚約8~14微米。用光鏡觀察是一層相當(dāng)均勻的非細(xì)胞層,，但通過電鏡觀察,，該層是類似基質(zhì)的特殊層，并非真正的膜,，而是表層基質(zhì)的致密層,，由膠原纖維組成，不能與基質(zhì)層分離,。該層不能再生,，損壞后會(huì)成為不透明的疤痕組織。該層上有小孔,，角膜神經(jīng)由此到達(dá)上皮,。 前彈力層由膠原纖維構(gòu)成的無細(xì)胞的薄膜，實(shí)際并無彈性,。作為上皮細(xì)胞附著的基礎(chǔ),，它受損傷后不能再生，代之以纖維組織,。對(duì)創(chuàng)傷,、機(jī)械和感染具有一定的抵抗力。

基質(zhì)層
基質(zhì)層占角膜厚度的90%,，主要由膠原纖維,、粘合物質(zhì)和角化細(xì)胞組成�,；�質(zhì)的膠原纖維很規(guī)則,、均勻，膠原纖維束構(gòu)成片狀,，層層緊密相疊,，基質(zhì)層的層狀結(jié)構(gòu)使角膜在剝離術(shù)中可以相當(dāng)容易地分離。粘合物質(zhì)由角朊硫酸鹽,、軟骨硫酸鹽組成,，充盈纖維及細(xì)胞間隙。腫脹的角膜,，粘合物質(zhì)增加,，膠原纖維大小無改變。透明,、無血管,，為排列整齊的相同屈光指數(shù)的角膜小體、膠原纖維和粘合物質(zhì)組成200～250層平行排列的纖維小板,，各纖維板層又成十字交叉排列,，這就有利于光線通過和屈折。由于沒有血管直接供應(yīng)
,。角膜基質(zhì)層的透明性決定于角膜小體的完整均勻與否,。

Descemet膜（后彈力層）
Descemet膜由內(nèi)皮產(chǎn)生，大約10微米厚,，與Bowman層不同,，Descemet 膜能輕易從基質(zhì)層脫離，位于基質(zhì)層和內(nèi)皮細(xì)胞層之間,，為內(nèi)皮細(xì)胞的分泌產(chǎn)物,。是一層有彈性、無結(jié)構(gòu),、極有抵抗力的透明薄膜,，比較堅(jiān)韌，對(duì)機(jī)械張力和微生物有較強(qiáng)的抵抗力,，損傷后可以再生,。

內(nèi)皮細(xì)胞層
內(nèi)皮細(xì)胞層由一層六角形內(nèi)皮細(xì)胞所形成，厚約5微米,，寬18~20微米,，直接與房水接觸，這層細(xì)胞的再生是受限制的,，內(nèi)皮可用角膜內(nèi)皮顯微鏡觀察或拍攝,。出生時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞密度約3000/mm2，隨年齡的增大其密度逐漸下降,，至成人階段細(xì)胞密度降為1400-2500/ mm2,，同時(shí)，其細(xì)胞構(gòu)型亦失去規(guī)則的六角形布局,。角膜內(nèi)皮細(xì)胞的屏障和主動(dòng)液泵功能對(duì)于角膜保持正常厚度和透明性是極其重要的,。
內(nèi)皮細(xì)胞層是由單層六角形扁平細(xì)胞鑲嵌而成，從生下直至死亡,，細(xì)胞不能再生,，衰老與死亡的細(xì)胞留下的位置，靠其他內(nèi)皮細(xì)胞的擴(kuò)大移行來鋪墊,。受損后亦由鄰近內(nèi)皮細(xì)胞增大,、擴(kuò)展和移行滑動(dòng)來覆蓋。內(nèi)皮細(xì)胞層不斷地將基質(zhì)層中的水分子排入前房,，使基質(zhì)處在脫水狀態(tài)而保持透明,，因此它的功能是否正常,，關(guān)系到整個(gè)角膜能否透明，也是如何保存角膜移植供體材料的重要研究方向,。

OK,，下面南極熊來談?wù)?D打印人眼角膜的技術(shù)流程：

（1）準(zhǔn)備好角膜組成物
     由上面內(nèi)容可以大概知道，我們需要準(zhǔn)備基底細(xì)胞,、翼狀細(xì)胞,、扁平細(xì)胞、膠原纖維,、粘合物質(zhì),、角化細(xì)胞、透明薄膜,、六角形內(nèi)皮細(xì)胞這幾種主要細(xì)胞和物質(zhì),，然后按照眼角膜的3D結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行逐層打印，精度控制在5微米即可,。以上各種細(xì)胞可以從患者身體其他部分分別提取,，或者用干細(xì)胞誘導(dǎo)分化，得到結(jié)構(gòu)組成物質(zhì),。

（2）準(zhǔn)備好生物3D打印系統(tǒng)
     對(duì)于眼角膜這樣的生物結(jié)構(gòu),，可以考慮用美國生物3D打印機(jī)公司研發(fā)的3D Bioplotter ™來進(jìn)行打印，生物支架材料可以是以下的任何一種或者幾種：瓊脂（Agar）,、聚氨基葡萄糖（Chitosan）,、藻朊酸鹽（Alginate）、白明膠（Gelatine）,、骨膠原（Collagen）,、纖維素（Fibrin）.

3D Bioplotter 生物3D打印機(jī)

     也可以參考蘇格蘭赫瑞瓦特大學(xué)開發(fā)的基于瓣膜的雙噴嘴打印機(jī)，可打印高度活細(xì)胞,。

細(xì)胞打印系統(tǒng)的方案圖

（3）開始打印
技術(shù)路線①做好生物支架,，打印上填充物質(zhì)、角膜物質(zhì),、已分化的細(xì)胞,，并且加以結(jié)合培養(yǎng)。
技術(shù)路線②做好生物支架,，打印上填充物質(zhì),、角膜物質(zhì)、種子細(xì)胞及生長因子,，在支架上誘導(dǎo)分化細(xì)胞,，并加以生長培養(yǎng)。

未完，待完善,。希望有人提出修改,，并把技術(shù)方案細(xì)化。

之所以選擇眼角膜作為生物3D打印的嘗試,，南極熊覺得有以下幾個(gè)原因：
①市場(chǎng)需求巨大
②沒有血管等,，結(jié)構(gòu)比較簡單
③細(xì)胞和物質(zhì)組成相對(duì)簡單

編譯自:3ders