韩国浦项科技大学3D打印出与人类角膜相似的人工角膜

韩国浦项科技大学的赵东宇教授和他的研究小组复制了人类的角膜结构，并制作了一种具有晶格图案的透明角膜。

当一个人的角膜严重受损时，需要进行角膜移植。然而，截至2018年，韩国有2000名患者等待角膜捐赠，他们平均等待6年或更长时间。因此，许多科学家都致力于开发人造角膜。现有的人工角膜使用重组胶原蛋白或由合成聚合物等化学物质制成。因此，它不能很好地与眼睛结合或在角膜植入后不透明。

机械工程教授Dong-Woo Cho（赵东宇）、创新IT融合工程教授Jinah Jang和浦项科技大学的Kim Hyeonji女士与Kyungpook国立大学医学院的眼科教授Hong Kyun Kim合作，利用由脱细胞的角膜基质和干细胞组成的生物墨水3D打印了一个人造角膜。由于该角膜是由角膜组织衍生的生物墨水制成，具有生物相容性，3D细胞打印技术再现了角膜的微环境，因此其透明度与人类角膜相似。这项研究最近发表在《Biofabrication（生物制造）》上。

角膜是一层薄薄的最外层，覆盖瞳孔，保护眼睛免受外界环境的伤害。这是允许光线的第一层，因此它需要透明，随着瞳孔的移动而移动，并且具有灵活性。然而，由于不同的角膜相关性质，它仅限于使用合成的生物相容性材料来开发人造角膜。此外，尽管许多研究人员试图复制角膜微环境以使其透明，但现有研究中使用的材料对穿透光线的微结构是有限的。

人角膜是由胶原纤维组成的格子状组织。角膜的晶格形态与角膜的透明性直接相关，许多研究试图复制人角膜。然而，由于人体内使用细胞毒性物质，角膜特性不足，包括透明度低等原因，角膜移植的应用受到限制。为了解决这一问题，研究小组利用3D打印中产生的剪应力制作了角膜点阵图案，并证明了利用角膜基质衍生的细胞外基质生物墨水制备的角膜具有生物相容性。

在3D打印过程中，当打印机中的油墨通过喷头并通过喷嘴时，就会产生剪应力的摩擦力。该研究小组通过调节剪切应力来控制胶原纤维的形态，成功地制作出具有人角膜晶格结构的透明人工角膜。

研究小组还观察到，在体内4周后，随着打印路径的改变，胶原纤维形成了类似于天然人类角膜结构的晶格模式。

JinahJang教授兴奋地说：“建议的策略可以达到工程角膜基质透明度和安全性的标准。我们相信，这将给许多角膜相关疾病患者带来希望。”

该研究得到了由贸易，工业和能源部资助的工业技术创新计划，韩国政府资助的韩国国家研究基金会以及ICT Consilience Creative计划下的韩国科学和信息通信技术部的支持。 由信息和通信技术规划和评估研究所监督。