3D打印角膜已植入動物體內(nèi)，市場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。

Precise Bio的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Aryeh Batt說：“作為第一家在動物身上移植3D打印角膜的公司，我們在推動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)和知識產(chǎn)權(quán)與市場的巨大潛力保持一致，而這個(gè)市場估計(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。基質(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)胞的屏障和主動液泵功能對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)組成相對簡單

編譯自:3ders