과학자들은 각막 이식을 촉진할 수 있는 3D 프린팅 기술을 사용하여 인간의 각막을 처음으로 생물 공학적으로 만들었습니다.
각막은 투명한 돔 모양의 눈의 가장 바깥층. 각막은 빛이 눈 뒤쪽의 망막에 닿기 전에 통과하는 첫 번째 렌즈입니다. 각막은 굴절된 빛을 전달하여 시력을 집중시키는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 또한 눈을 보호해 주며 손상이나 부상으로 인해 시력이 심각하게 손상되거나 실명까지 이를 수 있습니다. WHO에 따르면 전 세계적으로 약 천만 명의 사람들이 트라코마나 기타 질병으로 인해 발생하는 각막실명을 예방하기 위해 수술을 받아야 합니다. 눈 무질서. 화상, 찰과상 또는 기타 질환으로 인해 각막에 상처가 생겨서 500만 명이 완전 실명을 겪고 있습니다. 손상된 각막에 대한 유일한 치료는 안과 진료를 받는 것입니다. 각막 이식그러나 각막 이식의 경우 수요가 공급을 초과합니다. 또한 눈 감염, 봉합사 사용 등을 포함하여 각막 이식과 관련된 많은 위험/합병증이 있습니다. 가장 중요하고 심각한 문제는 때때로 이식이 수행된 후 기증자 조직(각막)이 거부된다는 것입니다. 이는 위태로운 상황이며 드물기는 하지만 전체 인구의 5~30%에서 발생합니다. 환자.
최초의 3D 프린팅 인간 각막
에 발표 된 연구에서 실험적 눈 연구, 영국 뉴캐슬 대학교(Newcastle University)의 과학자들은 한동안 3차원(3D) 인쇄 기술을 사용하여 인간의 눈을 위한 각막을 생성하거나 '제조'했으며 이것은 이식용 각막을 얻는 데 도움이 될 수 있습니다. 잘 정립된 XNUMXD 바이오프린팅 기술을 사용하여 연구자들은 줄기세포( 인간의 각막) 건강한 기증자 각막에서 추출하고 알지네이트 및 콜라겐과 혼합하여 인쇄할 수 있는 용액을 만들었습니다. 바이오 잉크라고 하는 이 솔루션은 무엇이든 3D로 인쇄하기 위한 가장 중요한 요구 사항입니다. 바이오프린팅은 기존의 3D프린팅을 확장한 것이지만 생물학적 생체재료에 적용되기 때문에 '살아있는 세포구조'로 구성된 바이오잉크가 필요하다. 알긴산과 콜라겐으로 구성된 독특한 젤은 줄기 세포를 살아있게 유지하는 동시에 모양을 유지하기에 충분히 단단하지만 3D 프린터에서 짜낼 수 있을 정도로 여전히 부드러운 물질을 생성할 수 있습니다. 연구진은 준비한 바이오 잉크를 동심원으로 성공적으로 조직하여 돔 형태의 인공 각막. 각막의 독특한 '곡선 모양'이 달성되어 이 연구가 성공했습니다. 이 인쇄 절차는 10분 미만이 소요되었습니다. 그 후 줄기 세포가 성장하는 것으로 나타났습니다.
인기가 많아진 이후로 3D 바이오프린팅이 부상함에 따라 연구자들은 각막을 실현 가능하고 효율적으로 만드는 데 가장 적합한 이상적인 바이오 잉크를 찾고 있었습니다. 뉴캐슬 대학교의 이 그룹이 앞장서서 이를 달성했습니다. 동일한 연구자 그룹은 이전에 알지네이트와 콜라겐으로 이루어진 단순한 젤 내에서 실온에서 몇 주 동안 세포를 살아있게 유지했다는 사실을 보여주었습니다. 이 연구를 통해 그들은 일주일 동안 83%의 생존 가능한 세포를 가진 이 사용 가능한 각막을 이식할 수 있었습니다. 따라서 조직은 성장할지 말지(즉, 살아 남을지) 걱정하지 않고 인쇄할 수 있습니다. 두 가지 모두 동일한 매체에서 달성할 수 있기 때문입니다.
환자 맞춤형 각막 제작
연구원들은 또한 이 연구에서 각 환자의 고유한 요구 사항에 맞게 각막을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 먼저 환자의 눈을 스캔하여 '각막 인쇄'를 필요한 정확한 모양과 크기에 일치시키는 데이터를 생성합니다. 실제 각막 자체에서 치수를 가져온 다음 인쇄를 매우 정확하고 실현 가능하게 만듭니다. 3D 프린팅 기술은 생산에서 테스트되었습니다. 인조의 심장 및 기타 조직. 편평한 조직은 과거에 만들어졌지만 저자에 따르면 '모양의' 각막이 만들어진 것은 이번이 처음입니다. 이 방법은 여전히 건강한 기증자 각막이 필요하지만 줄기 세포는 인공 각막에서 더 많은 세포로 성장하는 데 성공적으로 사용됩니다. 건강한 각막 50개로 손상된 각막을 '대체'하지는 않지만 기증된 각막에서 충분한 세포를 키워 XNUMX개의 인공 각막을 인쇄할 수 있습니다. 이것은 단일 이식을 수행하는 것보다 훨씬 더 유익한 시나리오가 될 것입니다.
미래
이 연구는 아직 초기 단계이며 3D 인쇄 각막에 대한 추가 평가가 필요합니다. 연구원들은 동물 및 인간 실험이 아직 수행되어야 하기 때문에 그러한 인공 각막이 이식에 사용될 수 있기까지 그들의 작업이 몇 년이 걸릴 것이라고 말합니다. 또한 이 소재가 기능적이고 많은 미세 조정이 필요한지 확인해야 합니다. 연구자들은 이러한 인공 각막이 향후 5년 이내에 실용화될 것이라고 확신하고 있습니다. 3D 프린팅 기술의 가용성은 이제 저렴해지고 바이오 프린팅이 잘 부상하고 있으며 몇 년 내에 표준 절차를 사용할 수 있기 때문에 문제가 되지 않습니다. 이제 줄기 세포를 사용하여 손상된 조직을 재건하거나 교체하는 데 더 많은 초점이 맞춰지고 있는 반면 방법의 인쇄 측면은 대부분 간소화됩니다.
이 연구는 전 세계적으로 이식용 각막을 무제한으로 공급할 수 있는 솔루션을 향한 중요한 단계입니다. 또한, 이탈리아 회사의 연구원들은 자연 눈 세트에서 발견되는 세포를 대체하는 데 필요한 명백한 세포를 포함하는 잠재적인 바이오 잉크를 사용하여 유사한 방식으로 구성될 '3D 인쇄된 눈'을 궁극적으로 만드는 방향을 생각하고 있습니다. . 바이오 잉크는 특정 요구 사항에 따라 다양한 조합으로 다양할 수 있습니다. 그들은 2027년까지 이러한 "인공 눈"을 시장에 출시하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 연구는 가장 진보된 형태의 인공 각막을 생산했으며 장기 및 조직 부족에 대한 잠재적인 해결책으로 바이오프린팅을 강조했습니다.
***
{아래 인용 출처 목록에서 DOI 링크를 클릭하면 원본 연구 논문을 읽을 수 있습니다.}
출처
Isaacson A et al. 2018. 각막 기질 등가물의 3D 바이오프린팅. 실험적 눈 연구.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
