中國科學(xué)家成功將3D打印血管植入動物體內(nèi)

　　近日，中國科學(xué)家成功將3D打印血管植入恒河猴體內(nèi)，實現(xiàn)血管再生，解決了困擾臨床半個世紀的人工血管內(nèi)皮化的問題。我國首批“千人計劃”專家、四川藍光英諾生物科技股份有限公司(以下簡稱“藍光英諾”)首席科學(xué)家康裕建表示，此項成果屬于全球首創(chuàng)，對干細胞技術(shù)臨床應(yīng)用具有里程碑意義。

　　3D生物打印血管解決了過去人造血管堵塞、凝血等問題

　　據(jù)報道，康裕建表示，“過去的人造血管不是生物材料，無法產(chǎn)生內(nèi)皮細胞，其進入生物體后容易發(fā)生堵塞、凝血等問題。而此次實驗打印出的生物血管，則能夠生成血管內(nèi)皮細胞，保證血液流動暢通。”

　　此外，傳統(tǒng)人工血管約10年后就需更換。新技術(shù)解決了該問題，打印血管可終身使用。另外，移植傳統(tǒng)人工血管患者需終身使用抗凝劑，而打印血管將這一時間縮短到術(shù)后5天，此后無需任何藥物治療。

　　3D打印生物血管

　　血管內(nèi)皮細胞通常指襯于心、血管和淋巴管內(nèi)表面的單層扁平上皮，它形成血管的內(nèi)壁。它們具有吞噬異物、細菌、壞死和衰老的組織，還參與集體免疫活動功能。

　　康裕建稱，在本次實驗中，團隊首先利用取自恒河猴自體的脂肪間充質(zhì)干細胞進行培養(yǎng)，隨后用獨創(chuàng)的“生物磚”技術(shù)將脂肪干細胞轉(zhuǎn)化成生物“墨汁”——干細胞可以分化為機體的任何一種細胞。

　　科學(xué)家在進行手術(shù)

　　然后用3D生物血管打印機構(gòu)建出人造血管，最后植入實驗動物體內(nèi)，利用動物體內(nèi)自主再生能力，形成完整的血管功能。

　　據(jù)報道，具體來說，他所帶領(lǐng)的團隊從恒河猴身體中取出約5克脂肪，提取出脂肪間充質(zhì)干細胞制成3D生物打印所需的“墨汁”，再用特制設(shè)備打印出血管，并置換該猴體內(nèi)一段約2厘米的腹主動脈。

　　康裕建介紹說，術(shù)后1個月，打印血管已與恒河猴自身腹主動脈融為一體。

　　據(jù)悉，自2016年5月正式開始進行3D生物打印血管動物實驗，截至2016年12月1日，藍光英諾已在30只恒河猴進行體內(nèi)植入實驗，實驗動物術(shù)后存活率為100%。

　　以干細胞為核心的四大核心技術(shù)

　　據(jù)悉，此次3D生物打印技術(shù)促進人工血管內(nèi)皮化研發(fā)項目，由藍光英諾和四川大學(xué)華西醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究中心、四川省生物增材制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院共同承擔(dān)研究，并且入選了國家“863”計劃。

　　康裕建上世紀90年代開始在美國從事干細胞研究，他介紹說，“利用干細胞為核心開展的3D生物打印，包括3D生物云計算平臺、生物磚、3D生物設(shè)備和3D打印后處理系統(tǒng)四大核心技術(shù)體系?！?/p>

　　2015年10月26日央視報道全球首臺3D生物打印機

　　去年10月，藍光英諾成功研制出全球首臺3D生物血管打印機。這臺獨創(chuàng)的3D生物血管打印機，擁有3D生物打印空間旋轉(zhuǎn)平臺、精確協(xié)同工作的雙噴頭打印技術(shù)、可視化的互動打印操作系統(tǒng)、噴頭及環(huán)境控制系統(tǒng)等一系列創(chuàng)新。

　　在運用上述獨創(chuàng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，本次實驗中使用的打印“墨汁”——生物磚技術(shù)則是該實驗成功的核心。康裕建說，生物磚是一種具有核殼結(jié)構(gòu)、由生物可降解材料作為保護層、內(nèi)含種子細胞與活性調(diào)控物質(zhì)的基本單元。

　　“實驗中，生物磚用于復(fù)制胚胎發(fā)育時期的各種微環(huán)境，使干細胞在體外可以得到精確的定向分化控制。將生物磚作為打印‘墨汁’的基本組成，具有維持干細胞干性、定向分化或去分化作用及抗機械損傷能力，能夠保證打印過程中細胞的完整性與生物活性?！?/p>

　　目前最成熟的3D生物打印技術(shù)

　　據(jù)悉，該技術(shù)將用于心血管疾病治療。研究表明，心血管疾病發(fā)病率為全球第一。全球每年有約1.56億人、國內(nèi)約1900萬人有人工血管移植需求。

　　藍光發(fā)展公告稱，下一步，公司3D生物打印血管將向有關(guān)監(jiān)管機構(gòu)申請臨床試驗。

　　田納西大學(xué)(University of Tennessee)分子資源中心(Molecular Resource Center)執(zhí)行理事唐納德?托馬森(Donald Thomason)在藍光英諾發(fā)表成果時表示：“雖然世界各地都在發(fā)展生物材料3D打印，但這個項目的成果……是我見過最成熟的?！蓖旭R森教授預(yù)計，通過臨床試驗，技術(shù)有望在5到10年內(nèi)大規(guī)模使用。

　　倫敦機械工程師協(xié)會(Institution of Mechanical Engineers)醫(yī)療保健主管海倫?米斯(Helen Meese)表示藍光英諾的研究“對于全球生物科技界是一項令人振奮的成果”。她同時表示：“迄今為止的大部分研究都是在實驗室進行的小規(guī)模測試。下一個重大挑戰(zhàn)是擴大規(guī)模，而他們的研究是朝著這一方向邁出的一大步?！?/p>

　　3D打印血管價格更低廉正研究應(yīng)用到其他人體器官

　　“會比現(xiàn)在便宜，而且是自己身體的干細胞，沒有排異反應(yīng)?！睂Τ杀?，康裕建透露低于目前人工血管。

　　托馬森認為，該項目為3D生物打印技術(shù)用在更廣泛醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了可能。

　　康裕建表示，目前已在嘗試打印類似管腔材料：膽管、輸尿管、輸卵管、食管，同時對肝臟、心臟等人體器官也在研發(fā)中，“借助該技術(shù)還將促進損傷器官再生，在人體器官出現(xiàn)問題苗頭時即予以修復(fù)?！?/p>

　　不過，米斯也表示，該成果有待發(fā)布，實驗步驟也要在其他實驗室重復(fù)進行。她估計至少要20年時間才能將心臟或腎臟等更復(fù)雜的3D打印器官移植到人類病患體內(nèi)。

　　12月11日發(fā)布會現(xiàn)場

　　談及此項技術(shù)的未來應(yīng)用，康裕建說，配合生物磚技術(shù)成功實現(xiàn)血管再生，將是構(gòu)建一切人造生物活性器官的基礎(chǔ)。

　　未來將在胚胎學(xué)研究、細胞疾病模型，細胞治療、誘導(dǎo)組織再生、誘導(dǎo)血管再生及用藥預(yù)測、損傷修復(fù)、再生醫(yī)學(xué)、替代病變組織和器官等領(lǐng)域發(fā)揮突破性作用。

　　他介紹，該動物實驗將持續(xù)到明年5月，后續(xù)階段將完成3D生物打印血管移植手術(shù)程序的標(biāo)準(zhǔn)化。