人工眼角膜 这款震惊世界的首例3D打印人工角膜到底是怎么做出来的？

角膜是眼壁最外层的前1/6，类似凹透镜，具有折射光线的功能。它是屈光间质的重要组成部分，在视觉成像中起重要作用。

根据世界卫生组织2001年的统计，全球有1000万人需要进行角膜手术，以防止因沙眼导致失明，另有500万人因角膜疤痕而完全失明。虽然角膜捐献者数量庞大，但与庞大的需求人群相比，角膜捐献者仍然处于严重的供不应求状态。

科学家们的目标一直是开发一种人造角膜来弥补捐赠者的不足。近日，英国科学家利用近年来炙手可热的3D打印技术，成功研制出世界首个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和生物工程。前者比较低端，一般用于少数常规角膜移植容易失败的疾病。国外有很多比较成熟的产品；后者是本文的主角，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，以解决目前角膜移植供体相对短缺的困境。这种人工角膜已经发展了几十年。目前大部分科学家只开发角膜基质的支架结构，缺少活性上皮和内皮细胞，移植后需要受体患者的角膜上皮攀爬。

英国纽卡斯尔大学的组织工程师切·康南教授通过将角膜干细胞与藻酸盐和胶原蛋白混合，成功地创造了一种完美的“生物墨水”。这种生物墨水不仅能使干细胞存活，而且是一种软硬兼施的材料，硬到可以保持形状，软到可以从3D打印机的喷嘴挤出来。车·康南教授说，为了找到这种完美的“生物墨水”，他们做了大量的测试实验。此前，类似的水凝胶已被用于在室温下保持细胞存活数周。现在，用户使用含有角膜干细胞的生物墨水后，可以直接打印细胞，而不用担心细胞的独立生长。整个打印过程不到十分钟。此外，他们可以通过扫描患者的眼睛来获取数据，并快速打印出合适大小和形状的角膜，以满足患者的独特要求。研究人员将这种3D打印的人工角膜命名为“角膜”。

以下是打印步骤

支撑结构的生成过程:人角膜的大小和自然曲率的研究:b .用有限元算法制作原始角膜模型；c、将角膜模型转换成实体，生成支撑结构，然后用平面圆密封；d线框视图；e删除空后的视图；最终的3D打印支撑结构。

将准备好的支撑结构用于进一步的3D打印过程:a准备打印程序并预览打印的同心方向；在b支撑结构表面涂覆FRESH，促进3D打印；C 3D打印正在进行，3%海藻酸盐生物墨水用台盼蓝染色增加可视性；d打印后，人工角膜前孵育；e孵育8分钟后，抽吸表面的FRESH，然后小心地从支架上取出角膜结构。

目前3D打印的人工角膜仍然需要使用器官供体提供的角膜作为材料，但令人欣慰的是，它可以将一个健康的角膜制成50个人工角膜，大大加快了器官的等待时间50倍。纽卡斯尔大学在一份官方新闻稿中表示，这项新技术可以确保未来角膜的无限供应。

虽然令人震惊和兴奋，但切·康南教授说，目前人工角膜不能直接用于移植，他们需要更多的试验来确定其安全性和临床适应性，离真正在临床上实用还有很长的路要走。

参考文献:阿比盖尔·艾萨克森、斯蒂芬·斯威克洛、切·j·康南。角落基质等效物的3D生物打印。实验眼研究173188–193