生物3D打印技術—器官移植的新希望：廣州邁普再生醫(yī)學科技有限公司

文/劉玉琴
器官移植技術的發(fā)明，為無數(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100萬曾經(jīng)被死亡陰影籠罩的病人通過器官移植獲得了新生。它被譽為19世紀醫(yī)學史上最偉大的突破之一。
然而一直以來，器官移植技術都面臨著一個困境：供體短缺與免疫排斥的問題。受傳統(tǒng)觀念的影響，我國愿身后捐獻遺體者少之又少，器官移植領域的臨床缺口仍非常大。據(jù)了解，我國每年有150萬患者在眼巴巴地期待器官移植，其中卻只有1萬患者有幸獲得供體。如今，一項新技術的出現(xiàn)或可改變這種狀況。生物3D打印技術也許可以實現(xiàn)人工制造器官的科學夢想，幫助更多的病人重獲新生。
“這項技術代表了一個非常有前景的方向，盡管目前來說發(fā)展得并不完善�！睆V州邁普再生醫(yī)學科技有限公司董事長袁玉宇近日在接受記者采訪時這樣表示。
千禧年，美國克萊姆森（Clemson）大學托馬斯·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，將導師的理念付諸實踐，并發(fā)表了該領域的第一篇學術性研究論文。2008年，兩人回國創(chuàng)辦廣州邁普再生醫(yī)學科技有限公司，開始將這項技術東渡到中國。作為國內目前從事生物打印技術產(chǎn)品研發(fā)的領頭人物，袁玉宇及其研發(fā)團隊所致力的再生醫(yī)學領域正逐漸成為國內炙手可熱的行業(yè)。
衍生于三維打印技術
說到生物打印技術，不得不提及3D打印技術。如今，3D打印技術在全世界興起了一股發(fā)展熱潮。日前在北京召開的全國科技工作會議上，科技部部長萬鋼表示，今年將加強戰(zhàn)略高技術研發(fā)部署，重點突破重點領域的核心關鍵技術，3D打印技術亦榜上有名。
3D打印技術也稱快速成型技術或增材制造技術，發(fā)軔于上世紀80年代。1982年，首次公開實現(xiàn)實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打印機的人是查爾斯·W·赫爾（Chuck Hull）。1984年，他定義了專利術語Stereolithography“立體光刻造型技術”，意為系統(tǒng)通過創(chuàng)建多個截面的方式生成三維物體對象。
一般而言，采用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復雜程度而定，而用3D打印的技術則可以將時間縮短為數(shù)個小時。3D打印技術采用材料累加的制造原理，將一個復雜的零構件通過計算機輔助設計或計算機動畫建模軟件進行建模，再將建成的三維模型分解成多個二維結構即多個截面。電腦讀取二維數(shù)據(jù)后，通過設置好的軟件程序逐層進行掃描。打印機通過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，各層截面以特殊的智能聚合物粘合起來后，一個成型的三維實體便可被制造出來。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
3D打印機與傳統(tǒng)的打印機最大的區(qū)別在于它所使用的“墨水”。 3D打印機的“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胞。生物打印技術依靠體外的干細胞進行培養(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制成的生物支架上，直至器官的三維結構成型。由于干細胞具有同時分化成多于兩類不同細胞的潛能和特性，未來人類想要打印出較為復雜的人體器官也并不只是科學幻想。
優(yōu)于傳統(tǒng)的器官移植技術
上世紀90年代后期，隨著大批留學人員學成歸國以及新型免疫抑制藥物應用于臨床，我國的器官移植工作獲得了空前迅猛的發(fā)展，移植數(shù)量和質量都取得了大幅提高，已經(jīng)接近國際先進水平，但供體短缺仍是中國乃至全世界器官移植領域面臨的共同問題。
近年來，國家積極推動公民逝世后器官捐獻工作。中共中央辦公廳、國務院辦公廳近日印發(fā)了《關于黨員干部帶頭推動殯葬改革的意見》，意見指出：“鼓勵黨員、干部去世后捐獻器官或遺體�！蓖瑫r為了保證真正急需器官移植的患者得到救治，去年9月1日我國開始實施人體捐獻器官獲取與分配管理規(guī)定，衛(wèi)計委相關負責人表示將來不排除讓更多的組織或者代表來參與器官的公平分配。供體短缺與公平分配問題成為制約器官移植技術在我國順利實施發(fā)展的主要障礙。生物打印技術或許可以為這一問題的解決提供較為完善的方案。
一般來說，傳統(tǒng)的器官移植如果供體器官來自其他個體甚至其他物種，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極大降低人體對疾病的抵抗力，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“拆東墻補西墻”的后果。
“而生物打印技術所需的活體細胞一般可以取自體細胞進行體外培養(yǎng)，能夠誘導自體再生人工組織和器官，就不存在排異的問題，”袁玉宇表示，但要真正打印出復雜的人體器官，恐怕還須二十年甚至更長的時間。
除了在器官移植技術領域的積極影響，在藥物研發(fā)生產(chǎn)領域，生物打印技術也能起到有利的作用。普通的藥物試驗一般需經(jīng)歷各種級別的動物試驗和人體試驗，而使用生物打印技術制造的器官進行藥物篩選，不僅能夠同時進行具體復雜的細胞三維模型實驗，還能同時使用多種細胞進行藥物驗證，大大提高藥物行業(yè)的效率和準確度，從而縮小從藥物開發(fā)到通過批準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)費用。
瓶頸與前景并行
據(jù)袁玉宇估算，世界上每1.5小時，就有一位需要進行器官移植手術的病人因等待而死亡。中國每年有150萬人需要進行器官移植手術，而能夠幸運接受移植的不足百分之一；每年有1000萬人因為各種疾病、意外而導致的損傷需要進行組織再生修復。
生物打印技術作為再生醫(yī)學的重要組成部分，其發(fā)展前景可見一斑�！皣鴥饶壳霸偕�醫(yī)學領域的研究做得越來越好，與國際領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)品仍依賴進口�！痹�玉宇說。
正是瞄準了這一市場空白，生性熱愛挑戰(zhàn)，不安于現(xiàn)狀的袁玉宇回到國內開始了艱難的創(chuàng)業(yè)路。自稱沒經(jīng)驗，也沒錢的他靠著遠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、骨盆底修復補片、人工皮膚、疝氣修復等產(chǎn)品，未來將致力于更加復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及生物打印技術為代表的新一代生物加工技術產(chǎn)業(yè)集群。
2011年，邁普團隊成功開發(fā)出第一個再生型植入類醫(yī)療器械產(chǎn)品即第一代人工硬腦膜產(chǎn)品“睿膜®”，實現(xiàn)了生物打印等先進生物增材制造技術在醫(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)品已成功進入歐洲、美洲、東南亞、中東等幾十個國家和地區(qū)的高端銷售市場，在國內，該產(chǎn)品已申請CFDA注冊證并已通過技術審評專家會的評審，預計將于2014年4月可獲得CFDA注冊證，開始正式進入國內市場。
“未來兩年，我們將有5個以上用于人體組織修復的再生型植入類醫(yī)療器械產(chǎn)品推向全球市場。”據(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，由于細胞打印的復雜性和安全性有待完善，生物打印技術目前仍然存在許多亟待突破和解決的難題,所以涉及更加復雜的人體器官的再造仍須時日。
首先，器官打印技術的“墨水”的來源仍是一個難題。就細胞使用這方面來說，由于干細胞具有演變成腫瘤細胞的風險，所使用的體外分化誘導技術仍存在較大的安全隱患。且因一個器官由多種細胞組成，細胞間相互如何作用，怎么排列，如何控制其所處的微環(huán)境都是業(yè)內尚未攻克的瓶頸。
另外，器官打印的過程原則上會對生物細胞的活性造成一定的損傷，這需要通過一些特殊的設計和處理，才能保存其95%以上的活性。控制好細胞所處的微環(huán)境，需要足夠的細胞培養(yǎng)液予以供給。
除了上述問題，如何讓細胞在保持活性的同時能保留完善的生物功能，也需要很高的技術要求�！按蛴〕鰜淼钠鞴俨⒉皇怯脕碛^賞的，器官的功能相當復雜，目前來說要達到一個完整的功能，還需要很長的時間。”袁玉宇進一步解釋到，生物打印機面臨的另一個挑戰(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合。因為任何打印出來的器官或身體組織都需要同身體的血管相連。袁玉宇表示，生物打印技術目前在研究層面仍須做更多的工作，并不能操之過急。
但科學總是在矛盾和困難中前行，正如袁玉宇當初為公司起名為“邁普”的初衷：希望從實驗室走出來的高新技術能夠邁向普羅大眾，造福大眾�！吧�物打印技術是3D打印技術領域中技術含量最高的基礎領域，這是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，未來一定能夠改變人類的生活，我們希望在這個領域中做一些領頭羊的工作�！�


南極熊3D打印網(wǎng)了解到他公司的簡介：
廣州邁普再生醫(yī)學科技有限公司（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)。公司擁有國際先進水平的產(chǎn)業(yè)化基地，建有標準化動物實驗中心，設有設施完善的研發(fā)實驗室并配置了各種先進的研發(fā)和生產(chǎn)設備。公司以納米仿生技術、生物打印技術及自體干細胞技術三大核心技術為主導方向，以“爭當世界器官再生產(chǎn)業(yè)技術的領跑者”為發(fā)展愿景，利用這些技術制備出能誘導自體再生的人工組織和器官，對患者因疾病或創(chuàng)傷而受損的部位進行修復、替代及再生。
邁普公司秉承“引科技之力量，攀質量之巔峰；邁誠信之步伐，譜生命之樂章”的質量方針，嚴格執(zhí)行ISO13485質量管理體系。目前公司已成功研發(fā)出第一代腦（脊）膜補片產(chǎn)品——“睿膜”。該產(chǎn)品已取得CE認證，并正式投入生產(chǎn)。
邁普公司致力于將這一系列領先的再生醫(yī)學工程技術在中國產(chǎn)業(yè)化，并已申請了多項專利，除腦脊膜補片外，公司將陸續(xù)開發(fā)導管、皮膚、血管、軟骨、肌腱等人體組織，同時進一步開發(fā)更為復雜、先進的人工組織和器官，　 為引領我國再生醫(yī)學產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決人們生命健康的威脅做出應有的貢獻！
廣州邁普再生醫(yī)學科技有限公司將為員工提供優(yōu)良的工作環(huán)境，輕松、平等、開放的文化氛圍，有競爭力的福利待遇，并為優(yōu)秀員工提供公司股票期權及良好的職業(yè)發(fā)展機會。