3D 打印技術日漸成熟,陸續應用於大量生產的球鞋、時裝、運動用品、汽車和飛機零件,以至建築或醫療等專業範疇。最近,有英國研究人員開發出一種新穎的生物技術,以 3D 打印機製造人工角膜,有助超過 1,500 萬人恢復視力,重見光明。
是次醫學研究,發表於學術期刊 Experimental Eye Research,被譽為 3D 打印技術的一次奇蹟。人工角膜的開發者之一,紐卡素大學細胞組織工程學教授 Che Connon 指出,要找到一種非常之薄而同時又能利用 3D 打印機噴嘴印出來的生物墨水,過程殊不容易。再者,這種生物墨水不但需要夠薄,也必須具備足夠硬度,才能維持人工角膜的 3D 結構,不會變型。經過開發人員的研究,這種生物墨水的成分包括膠原蛋白、幹細胞和一種名為海藻酸(Alginate)的膠狀啫喱。Che Connon 指,這項突破性技術的關鍵,就在於如何以打印方式創造一種讓幹細胞能夠存活、生長,並保持合適形狀的凝膠。
此外,以 3D 噴嘴打印精細的彎曲表面,本身亦有一定難度,團隊需要收集大量人類角膜形狀的數據。研究人員會使用特製的相機,透過掃描人體眼球並建構角膜的 3D 模型,然後傳送到 3D 打印機,以生物墨水創建人工角膜,具體情況就像一片浸在軟膠之中的隱形眼鏡。研究員表示,他們現時能夠在 10 分鐘之內打印出適當尺寸的人工角膜。Che Connon 則形容,這是團隊首次成功重建出角膜獨特的彎曲形狀,也是人工角膜計劃的里程碑。
角膜是眼睛最外層的防護牆,具有阻隔灰塵和細菌的功能,同時亦是最易受到感染和損傷的部位,輕則影響視力,嚴重的話更可導致失明。根據世界衛生組織的數據,全球各地約有 500 萬失明人士,就是由於角膜受損所引致。在美國,現時沒有醫療保險的活體角膜移植費用,普遍在 13,000 至 28,000 美元之間,是一項既昂貴亦有諸多限制的手術。因為已損壞的角膜無法修補,只能移植已故捐贈者的健康角膜來取代,但數量一直短缺,不足以應付等候移植的患者。
3D 打印角膜可能令形勢有所改變,當然,新技術並非完全不需要器官捐贈者,但再不是一換一,用一片健康的角膜取代一片損壞的角膜。Che Connon 表示,往後可以從一片捐贈者的角膜上得到足夠的幹細胞,繼而打印出 50 片人工角膜。
不過,這項技術目前尚未能投入市場,距離人工角膜完全取代人類的眼球組織,還有一段很長的路。Che Connon 認為,角膜打印程序仍需進一步微調,而且在進行人體移植前,也需要在動物身上作安全性探討。就如開發團隊所指:「我們的 3D 打印角膜現在將要進行下一步測試,可能需時數年,才能正式將它們用於移植手術。」但他們強調,掃描患者眼球再打印角膜的做法是可行的。「這個方案有望解決全球的(角膜)短缺問題。」