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)學公司Precise Bio宣布在Winston-Salem工廠推出專門的眼科業(yè)務部門。 除了可實現(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能力與成熟的醫(yī)療保健公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，旨在推進眼睛的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特地位。致力于實現(xiàn)這一潛力的業(yè)務部門將支持我們未來的融資戰(zhàn)略，并確保我們的財務資源與我們的技術和知識產(chǎn)權與市場的巨大潛力保持一致，而這個市場估計累計價值為100億美元�！�

Precise Bio開發(fā)了一種創(chuàng)新的4D生物制造技術，該技術包括細胞擴增，生物材料，工藝，打印技術。與其他生物制造方法相比，該平臺的主要優(yōu)點是能夠以高度可重復的方式生成復雜的組織，并將從一個組織的制造中學到的經(jīng)驗教訓應用到下一個組織。該平臺可以解決現(xiàn)有3D生物打印技術的關鍵局限性，并為更復雜的組織和器官的工程設計鋪平了道路。

Precise Bio是第一家對基于人類細胞的角膜移植物進行3D生物打印并將其移植到動物體內(nèi)的公司。初步研究結果支持Precise Bio新技術的可行性，安全性和有效性，為未來人體試驗的發(fā)展和進步奠定了基礎。該公司強大的技術平臺使其能夠推進其打印的人類角膜計劃，同時開發(fā)用于眼科適應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為基礎

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


早在2013年5月，南極熊便開始了思考，思考一個3d打印器官的技術方法。從一些醫(yī)學資料可以了解到，器官移植技術不是患者的最大敵人，由于異體移植的免疫排斥反應嚴重、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構上可分為5層：上皮細胞層、Bowman層、基質(zhì)層、Descemet膜、內(nèi)皮細胞層。相對于其他心臟等復雜器官組織來說，更為簡單。好吧，就從眼角膜來試一試。

眼角膜結構圖

上皮細胞層
上皮細胞層厚約50微米，易與Bowman層相分離，由5~7層細胞組成，共有3種類型細胞：基底細胞、翼狀細胞、扁平細胞。上皮細胞間以橋小體相接，構成致密的質(zhì)膜，這層致密堅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)進入基質(zhì)層，使得角膜處于相對脫水狀態(tài)。上皮細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均勻的非細胞層，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)由此到達上皮。 前彈力層由膠原纖維構成的無細胞的薄膜，實際并無彈性。作為上皮細胞附著的基礎，它受損傷后不能再生，代之以纖維組織。對創(chuàng)傷、機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)和角化細胞組成�；�質(zhì)的膠原纖維很規(guī)則、均勻，膠原纖維束構成片狀，層層緊密相疊，基質(zhì)層的層狀結構使角膜在剝離術中可以相當容易地分離。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
。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)皮細胞層之間，為內(nèi)皮細胞的分泌產(chǎn)物。是一層有彈性、無結構、極有抵抗力的透明薄膜，比較堅韌，對機械張力和微生物有較強的抵抗力，損傷后可以再生。

內(nèi)皮細胞層
內(nèi)皮細胞層由一層六角形內(nèi)皮細胞所形成，厚約5微米，寬18~20微米，直接與房水接觸，這層細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。出生時內(nèi)皮細胞密度約3000/mm2，隨年齡的增大其密度逐漸下降，至成人階段細胞密度降為1400-2500/ mm2，同時，其細胞構型亦失去規(guī)則的六角形布局。角膜內(nèi)皮細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)皮細胞層是由單層六角形扁平細胞鑲嵌而成，從生下直至死亡，細胞不能再生，衰老與死亡的細胞留下的位置，靠其他內(nèi)皮細胞的擴大移行來鋪墊。受損后亦由鄰近內(nèi)皮細胞增大、擴展和移行滑動來覆蓋。內(nèi)皮細胞層不斷地將基質(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，關系到整個角膜能否透明，也是如何保存角膜移植供體材料的重要研究方向。

OK，下面南極熊來談談3D打印人眼角膜的技術流程：

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

（2）準備好生物3D打印系統(tǒng)
     對于眼角膜這樣的生物結構，可以考慮用美國生物3D打印機公司研發(fā)的3D Bioplotter ™來進行打印，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

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

細胞打印系統(tǒng)的方案圖

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

未完，待完善。希望有人提出修改，并把技術方案細化。

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原因：
①市場需求巨大
②沒有血管等，結構比較簡單
③細胞和物質(zhì)組成相對簡單

編譯自:3ders