不是科幻片！3D打印微型眼部植入物有望治疗糖尿病

2023年10月，南极熊获悉，研究人员向前迈出了革命性的一步，使用3D打印技术制造了专为糖尿病治疗而设计的生物混合微结构。这项创新源于KTH 皇家理工学院和卡罗林斯卡医学院之间的合作，研究人员推出了一种用于人眼的医疗微型设备，为全球不断增长的 1 型和 2 型糖尿病人口提供了基于细胞的医疗治疗的新途径。为了实现这一目标，团队利用了Nanoscribe的 3D 打印技术和材料。


△植入物带有产生胰岛素的细胞

研究背景
糖尿病是一种快速增长的全球疾病，已被称为世界上增长最快的公共​​疾病。来自不同机构的数据证实了这场健康危机的规模。瑞典糖尿病协会报告称，受影响人数达到惊人的 4.25 亿。与此同时，世界卫生组织(WHO)表示，全球约有4.22亿人患有糖尿病。这些人大多数生活在低收入和中等收入国家。国际糖尿病联合会( IDF) 进一步估计，2019 年糖尿病导致全球约 420 万人死亡。过去几十年来，糖尿病的患病率一直在稳步上升。在这种背景下，新技术的出现为全球很大一部分人口提供了一个有前途的解决方案。



研究人员制造了一个由活细胞制成的微型3D打印结构，小到可以放入眼睛的前部，从而医生可以密切关注它如何帮助治疗糖尿病。这项新发明可能是未来帮助糖尿病患者迈出的一大步。他们的研究已经发表在了《Advanced Materials》期刊上，题目为《3D-Printed Biohybrid Microstructures EnableTransplantation and Vascularization of Microtissues in theAnterior Chamber of the Eye》(《3D 打印的生物混合微结构可实现眼前房微组织的移植和血管化》）

有关糖尿病治疗的前沿研究
基于这一承诺，研究人员推出的最新设备针对糖尿病管理的关键组成部分。该设备的重点是胰岛，即胰腺中产生胰岛素的部分。KTH 微纳米系统系教授 Wouter van der Wijngaart 解释了该设备的独特设计：“我们设计了该医疗设备，使其能够将活体迷你器官固定，可以避免额外固定的需要。”


△胰岛生物混合微结构的定位、移植和应用的示意图

这种设计意味着无需额外的步骤即可将其固定到位。KTH 生物纳米技术系高级讲师 Anna Herland 进一步强调：“我们将整个设备设计为楔子，因此我们可以机械地将结构固定在眼前房虹膜和角膜之间的角度上。当我们在小鼠身上测试该技术时，观察到该装置在活体中保持其位置几个月，并且微型器官迅速与宿主动物的血管融合并正常发挥作用。”

利用 3D 打印



这项研究的核心是微型设备的 3D 打印部分。这项名为“3D打印生物混合微结构使眼前房微组织移植和血管化成为可能”的研究强调了将生物成分与精确制作的结构相结合的力量。Nanoscribe（现隶属于BICO旗下）专门针对生命科学应用开发了高精度IP-Visio 光树脂，研究人员正是用它来打印这些生物混合微结构。

●IP-Visio 是一种专为 3D 打印而设计的特殊材料，精确度很高，这对于许多科学实验至关重要。

●另外，它对细胞是安全的（无细胞毒性）并且不会发出太多的光，因此非常适合在显微镜下观察细胞。

●此外，它的设计能够与活体组织很好地配合，这对于该研究的目标至关重要。

研究人员使用 Nanoscribe 的商用双光子聚合(TPP) 3D 打印机定制微结构，使其牢固地融入眼前 (ACE)，该位置位于虹膜和角膜之间，即使虹膜移动，这些结构也能确保稳定性。通过这样的设计，设备保持稳定，在小鼠测试中，研究人员将微小的胰腺切片移植到小鼠眼睛的 ACE 中。


△Nanoscribe IP-Visio 光树脂

这些微型器官与宿主动物的血管融为一体，可以正常发挥功能20周以上，不仅突出了该设备的实用性，而且还提供了对组织相互作用、制作组织中的血管发育和潜在疾病模型的更深入的理解。值得注意的是，研究人员标为表示这是 IP-Visio 的首次体内研究，并强调不可能与其他移植研究进行比较。

开创性研究
这项研究中使用的开创性方法是在卡罗林斯卡学院实验内分泌学教授 Per-Olof Berggren 的专业知识下进行的。

Berggren在将朗格汉斯岛移植到小鼠眼前房方面拥有丰富的经验，他表示：“该装置是独一无二的，将成为我们继续开发集成微系统以研究胰岛功能和存活的基础。” 他还强调了这种方法的转化重要性，强调了正在进行的临床试验，将ACE中的朗格汉斯岛移植到人体以治疗糖尿病。

Berggren强调了研究进展的更广泛重要性，并指出细胞移植治疗已经开始应用于各种疾病领域，范围已超出糖尿病范围。改善细胞治疗的主要障碍之一是没有一种简单的方法来检查移植的情况。如果没有侵入性手术，就很难保证移植手术能够长期发挥作用。

Herland 表示：“我们的发明是迈向先进医疗微型设备的第一步，该设备既可以定位又可以监测细胞移植的功能。我们设计的设备可以定位微型器官，例如类器官和朗格汉斯岛，而不限制细胞的营养供应。工作还展示了在眼睛前房中首次使用机械固定装置，相信我们的设计将使未来能够集成和使用更先进的设备功能，例如集成电子或药物释放。”

这项研究利用3D打印技术，照亮了医学科学的前进道路，特别是在制定应对糖尿病等挑战的创新策略方面。随着世界面临糖尿病患病率不断上升，这些生物混合解决方案可以为疾病治疗铺平道路。

原文链接：DOI: 10.1002/adma.202306686