生物3D打印技術(shù)—器官移植的新希望：廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司

文/劉玉琴
器官移植技術(shù)的發(fā)明，為無(wú)數(shù)器官衰竭的病患帶去了生的希望。迄今為止，人類已經(jīng)完成了除大腦之外所有器官的移植，全世界有將近100萬(wàn)曾經(jīng)被死亡陰影籠罩的病人通過(guò)器官移植獲得了新生。它被譽(yù)為19世紀(jì)醫(yī)學(xué)史上最偉大的突破之一。
然而一直以來(lái)，器官移植技術(shù)都面臨著一個(gè)困境：供體短缺與免疫排斥的問(wèn)題。受傳統(tǒng)觀念的影響，我國(guó)愿身后捐獻(xiàn)遺體者少之又少，器官移植領(lǐng)域的臨床缺口仍非常大。據(jù)了解，我國(guó)每年有150萬(wàn)患者在眼巴巴地期待器官移植，其中卻只有1萬(wàn)患者有幸獲得供體。如今，一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)或可改變這種狀況。生物3D打印技術(shù)也許可以實(shí)現(xiàn)人工制造器官的科學(xué)夢(mèng)想，幫助更多的病人重獲新生。
“這項(xiàng)技術(shù)代表了一個(gè)非常有前景的方向，盡管目前來(lái)說(shuō)發(fā)展得并不完善�！睆V州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司董事長(zhǎng)袁玉宇近日在接受記者采訪時(shí)這樣表示。
千禧年，美國(guó)克萊姆森（Clemson）大學(xué)托馬斯·波蘭教授創(chuàng)造性地提出器官打印的理念。師從于托馬斯·波蘭教授的袁玉宇與師兄徐弢，將導(dǎo)師的理念付諸實(shí)踐，并發(fā)表了該領(lǐng)域的第一篇學(xué)術(shù)性研究論文。2008年，兩人回國(guó)創(chuàng)辦廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司，開始將這項(xiàng)技術(shù)東渡到中國(guó)。作為國(guó)內(nèi)目前從事生物打印技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的領(lǐng)頭人物，袁玉宇及其研發(fā)團(tuán)隊(duì)所致力的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正逐漸成為國(guó)內(nèi)炙手可熱的行業(yè)。
衍生于三維打印技術(shù)
說(shuō)到生物打印技術(shù)，不得不提及3D打印技術(shù)。如今，3D打印技術(shù)在全世界興起了一股發(fā)展熱潮。日前在北京召開的全國(guó)科技工作會(huì)議上，科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼表示，今年將加強(qiáng)戰(zhàn)略高技術(shù)研發(fā)部署，重點(diǎn)突破重點(diǎn)領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，3D打印技術(shù)亦榜上有名。
3D打印技術(shù)也稱快速成型技術(shù)或增材制造技術(shù)，發(fā)軔于上世紀(jì)80年代。1982年，首次公開實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型印制的是日本名古屋市工業(yè)研究所。然而，最常被冠以發(fā)明“現(xiàn)代”3D打印機(jī)的人是查爾斯·W·赫爾（Chuck Hull）。1984年，他定義了專利術(shù)語(yǔ)Stereolithography“立體光刻造型技術(shù)”，意為系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)截面的方式生成三維物體對(duì)象。
一般而言，采用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定，而用3D打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)。3D打印技術(shù)采用材料累加的制造原理，將一個(gè)復(fù)雜的零構(gòu)件通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模軟件進(jìn)行建模，再將建成的三維模型分解成多個(gè)二維結(jié)構(gòu)即多個(gè)截面。電腦讀取二維數(shù)據(jù)后，通過(guò)設(shè)置好的軟件程序逐層進(jìn)行掃描。打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，各層截面以特殊的智能聚合物粘合起來(lái)后，一個(gè)成型的三維實(shí)體便可被制造出來(lái)。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
3D打印機(jī)與傳統(tǒng)的打印機(jī)最大的區(qū)別在于它所使用的“墨水”。 3D打印機(jī)的“墨水”既可以是工業(yè)材料，如金屬、塑料，又可以是組成人類生物體的基本元素如細(xì)胞。生物打印技術(shù)依靠體外的干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)制成器官打印所需的“墨水”，注射器將“墨水”一層一層地噴涂到由特殊材質(zhì)制成的生物支架上，直至器官的三維結(jié)構(gòu)成型。由于干細(xì)胞具有同時(shí)分化成多于兩類不同細(xì)胞的潛能和特性，未來(lái)人類想要打印出較為復(fù)雜的人體器官也并不只是科學(xué)幻想。
優(yōu)于傳統(tǒng)的器官移植技術(shù)
上世紀(jì)90年代后期，隨著大批留學(xué)人員學(xué)成歸國(guó)以及新型免疫抑制藥物應(yīng)用于臨床，我國(guó)的器官移植工作獲得了空前迅猛的發(fā)展，移植數(shù)量和質(zhì)量都取得了大幅提高，已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平，但供體短缺仍是中國(guó)乃至全世界器官移植領(lǐng)域面臨的共同問(wèn)題。
近年來(lái)，國(guó)家積極推動(dòng)公民逝世后器官捐獻(xiàn)工作。中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳近日印發(fā)了《關(guān)于黨員干部帶頭推動(dòng)殯葬改革的意見》，意見指出：“鼓勵(lì)黨員、干部去世后捐獻(xiàn)器官或遺體。”同時(shí)為了保證真正急需器官移植的患者得到救治，去年9月1日我國(guó)開始實(shí)施人體捐獻(xiàn)器官獲取與分配管理規(guī)定，衛(wèi)計(jì)委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示將來(lái)不排除讓更多的組織或者代表來(lái)參與器官的公平分配。供體短缺與公平分配問(wèn)題成為制約器官移植技術(shù)在我國(guó)順利實(shí)施發(fā)展的主要障礙。生物打印技術(shù)或許可以為這一問(wèn)題的解決提供較為完善的方案。
一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的器官移植如果供體器官來(lái)自其他個(gè)體甚至其他物種，病人必須服用免疫抑制藥物以減輕自身免疫系統(tǒng)對(duì)該器官的排斥，否則移植器官很難存活。但是免疫抑制藥物會(huì)極大降低人體對(duì)疾病的抵抗力，使得病人很容易感染其他疾病，健康狀況惡化，因此傳統(tǒng)的器官移植往往造成一種“拆東墻補(bǔ)西墻”的后果。
“而生物打印技術(shù)所需的活體細(xì)胞一般可以取自體細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，能夠誘導(dǎo)自體再生人工組織和器官，就不存在排異的問(wèn)題，”袁玉宇表示，但要真正打印出復(fù)雜的人體器官，恐怕還須二十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。
除了在器官移植技術(shù)領(lǐng)域的積極影響，在藥物研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域，生物打印技術(shù)也能起到有利的作用。普通的藥物試驗(yàn)一般需經(jīng)歷各種級(jí)別的動(dòng)物試驗(yàn)和人體試驗(yàn)，而使用生物打印技術(shù)制造的器官進(jìn)行藥物篩選，不僅能夠同時(shí)進(jìn)行具體復(fù)雜的細(xì)胞三維模型實(shí)驗(yàn)，還能同時(shí)使用多種細(xì)胞進(jìn)行藥物驗(yàn)證，大大提高藥物行業(yè)的效率和準(zhǔn)確度，從而縮小從藥物開發(fā)到通過(guò)批準(zhǔn)以及投入臨床使用的周期，為研發(fā)人員節(jié)省大筆的研發(fā)費(fèi)用。
瓶頸與前景并行
據(jù)袁玉宇估算，世界上每1.5小時(shí)，就有一位需要進(jìn)行器官移植手術(shù)的病人因等待而死亡。中國(guó)每年有150萬(wàn)人需要進(jìn)行器官移植手術(shù)，而能夠幸運(yùn)接受移植的不足百分之一；每年有1000萬(wàn)人因?yàn)楦鞣N疾病、意外而導(dǎo)致的損傷需要進(jìn)行組織再生修復(fù)。
生物打印技術(shù)作為再生醫(yī)學(xué)的重要組成部分，其發(fā)展前景可見一斑。“國(guó)內(nèi)目前再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究做得越來(lái)越好，與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距正在縮小；但在產(chǎn)業(yè)化這塊卻依然是空白，90%以上的產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口。”袁玉宇說(shuō)。
正是瞄準(zhǔn)了這一市場(chǎng)空白，生性熱愛(ài)挑戰(zhàn)，不安于現(xiàn)狀的袁玉宇回到國(guó)內(nèi)開始了艱難的創(chuàng)業(yè)路。自稱沒(méi)經(jīng)驗(yàn)，也沒(méi)錢的他靠著遠(yuǎn)見與鍥而不舍締造了邁普的傳奇。如今邁普已邁向發(fā)展的快車道，公司目前已經(jīng)成功地研制出人工硬腦膜、骨盆底修復(fù)補(bǔ)片、人工皮膚、疝氣修復(fù)等產(chǎn)品，未來(lái)將致力于更加復(fù)雜的人工器官如腎臟等的研發(fā)工作，逐步形成以納米仿生技術(shù)及生物打印技術(shù)為代表的新一代生物加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群。
2011年，邁普?qǐng)F(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出第一個(gè)再生型植入類醫(yī)療器械產(chǎn)品即第一代人工硬腦膜產(chǎn)品“睿膜®”，實(shí)現(xiàn)了生物打印等先進(jìn)生物增材制造技術(shù)在醫(yī)療器械行業(yè)的全球首次產(chǎn)業(yè)化。目前，邁普研發(fā)的產(chǎn)品已成功進(jìn)入歐洲、美洲、東南亞、中東等幾十個(gè)國(guó)家和地區(qū)的高端銷售市場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)，該產(chǎn)品已申請(qǐng)CFDA注冊(cè)證并已通過(guò)技術(shù)審評(píng)專家會(huì)的評(píng)審，預(yù)計(jì)將于2014年4月可獲得CFDA注冊(cè)證，開始正式進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
“未來(lái)兩年，我們將有5個(gè)以上用于人體組織修復(fù)的再生型植入類醫(yī)療器械產(chǎn)品推向全球市場(chǎng)�！睋�(jù)袁玉宇介紹，公司目前所研發(fā)的產(chǎn)品多以生物材料為主，由于細(xì)胞打印的復(fù)雜性和安全性有待完善，生物打印技術(shù)目前仍然存在許多亟待突破和解決的難題,所以涉及更加復(fù)雜的人體器官的再造仍須時(shí)日。
首先，器官打印技術(shù)的“墨水”的來(lái)源仍是一個(gè)難題。就細(xì)胞使用這方面來(lái)說(shuō)，由于干細(xì)胞具有演變成腫瘤細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)，所使用的體外分化誘導(dǎo)技術(shù)仍存在較大的安全隱患。且因一個(gè)器官由多種細(xì)胞組成，細(xì)胞間相互如何作用，怎么排列，如何控制其所處的微環(huán)境都是業(yè)內(nèi)尚未攻克的瓶頸。
另外，器官打印的過(guò)程原則上會(huì)對(duì)生物細(xì)胞的活性造成一定的損傷，這需要通過(guò)一些特殊的設(shè)計(jì)和處理，才能保存其95%以上的活性�？刂坪眉�(xì)胞所處的微環(huán)境，需要足夠的細(xì)胞培養(yǎng)液予以供給。
除了上述問(wèn)題，如何讓細(xì)胞在保持活性的同時(shí)能保留完善的生物功能，也需要很高的技術(shù)要求�！按蛴〕鰜�(lái)的器官并不是用來(lái)觀賞的，器官的功能相當(dāng)復(fù)雜，目前來(lái)說(shuō)要達(dá)到一個(gè)完整的功能，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。”袁玉宇進(jìn)一步解釋到，生物打印機(jī)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，其打印出的物體如何與身體其他器官尤其是大的組織更好地結(jié)合。因?yàn)槿魏未蛴〕鰜?lái)的器官或身體組織都需要同身體的血管相連。袁玉宇表示，生物打印技術(shù)目前在研究層面仍須做更多的工作，并不能操之過(guò)急。
但科學(xué)總是在矛盾和困難中前行，正如袁玉宇當(dāng)初為公司起名為“邁普”的初衷：希望從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)的高新技術(shù)能夠邁向普羅大眾，造福大眾�！吧�物打印技術(shù)是3D打印技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)含量最高的基礎(chǔ)領(lǐng)域，這是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，未來(lái)一定能夠改變?nèi)祟惖纳�活，我們希望在這個(gè)領(lǐng)域中做一些領(lǐng)頭羊的工作�！�


南極熊3D打印網(wǎng)了解到他公司的簡(jiǎn)介：
廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司（Medprin Regenerative Medical Technologies Co.,Ltd.）成立于2008年9月，是一家由多名留美博士共同創(chuàng)建的高新科技企業(yè)。公司擁有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)業(yè)化基地，建有標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，設(shè)有設(shè)施完善的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室并配置了各種先進(jìn)的研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備。公司以納米仿生技術(shù)、生物打印技術(shù)及自體干細(xì)胞技術(shù)三大核心技術(shù)為主導(dǎo)方向，以“爭(zhēng)當(dāng)世界器官再生產(chǎn)業(yè)技術(shù)的領(lǐng)跑者”為發(fā)展愿景，利用這些技術(shù)制備出能誘導(dǎo)自體再生的人工組織和器官，對(duì)患者因疾病或創(chuàng)傷而受損的部位進(jìn)行修復(fù)、替代及再生。
邁普公司秉承“引科技之力量，攀質(zhì)量之巔峰；邁誠(chéng)信之步伐，譜生命之樂(lè)章”的質(zhì)量方針，嚴(yán)格執(zhí)行ISO13485質(zhì)量管理體系。目前公司已成功研發(fā)出第一代腦（脊）膜補(bǔ)片產(chǎn)品——“睿膜”。該產(chǎn)品已取得CE認(rèn)證，并正式投入生產(chǎn)。
邁普公司致力于將這一系列領(lǐng)先的再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)在中國(guó)產(chǎn)業(yè)化，并已申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，除腦脊膜補(bǔ)片外，公司將陸續(xù)開發(fā)導(dǎo)管、皮膚、血管、軟骨、肌腱等人體組織，同時(shí)進(jìn)一步開發(fā)更為復(fù)雜、先進(jìn)的人工組織和器官，　 為引領(lǐng)我國(guó)再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決人們生命健康的威脅做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)！
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