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再生醫療領域中的創新──3D器官列印是否能解決移植短缺的問題?

文章發表:2018/04/25

賴筱婷

人們會因器官衰竭退化而死亡。如果我們可以開始更換、取代它們,我們便可以延長生命。新的肝臟、心臟、腎臟、或皮膚組織以3D方式打印替代人體器官的想法,一直是再生醫學領域研究的方向。雖然要印刷整個器官的能力仍然在進步,但世界各地已有許多實驗室在進行印刷器官組織,包括腎臟、心臟、肝臟,其中肝臟組織是人體內再生能力最強的器官。3D列印若能順利列印人體器官,在器官移植上便能解決移植短缺的問題。

3D Bioprinting「3D生物打印」最初可以用做檢驗藥物安全的新方法。目前,藥物在動物或臨床試驗中進行實驗往往帶有風險。生物打印可以提供一種測試新療法與藥物的新方法。它也可以更直接地用於治療患者。位於San Diego「聖地亞哥」的公司——Organovo 自2007年以來一直使用,並在印刷肺、腎和心肌部分方面取得了一些成功。2017年12月,Organovo宣布美國食品和藥物管理局(US Food and Drug Administration, FDA)授權「指定孤兒罕見病藥物」 (orphan drug designation),使用3D打印的肝臟組織,用於治療罕見的遺傳性α-1抗胰蛋白酶缺乏症。

根據Organovo治療主管Ben Shepherd的說法,未來的挑戰是增加可生長組織的大小。愛丁堡大學(University of Edinburgh)再生醫學中心的教授 - David Hay 致力於研發3D肝臟組織。自2014年10月以來,Hay教授領導了一項價值160萬英鎊的項目,開發3D植入式肝臟類固醇來治療慢性肝病。他將人類幹細胞放入實驗室的微小形盤中,以便將它們培養成不同類型的組織。幹細胞來源的組織並不被身體識別為「外來」,因此植入這種3D組織的患者,尤其是接受器官移植的患者,不會依賴於患者經常需要的免疫抑制治療(Immunosuppression treatment)。

生物打印機有別於傳統的3D打印,不像珠寶、雕像、或汽車零件,它提供的是創造活體組織的潛力。從簡單的結構,像是印刷皮膚或軟骨,並直接在身體外部生長,至創建複雜的器官,如肝臟和心臟。這些將可以用於人體移植。全球面臨器官移植的短缺:例如,在英國國民保健署(National Health Service, NHS)預計進行腎臟移植的平均等待為944天。其他器官如肝、肺也有類似不足的現象。據估計,缺乏移植組織是美國死亡的主要原因。透過器官或工程組織移植可以預防或延遲每年大約900,000人死亡,或約三分之一的美國人。這個需求是無止境的。

企業家Erik Gatenholm在2015年初次看到一台3D生物打印機時,就意識到它具有足以改變醫學界的潛力。在2016年1月,Cellink誕生,向市場推出了世界頭一個Bio-ink 「生物油墨」,用於生物打印上。它主要由一種稱為奈米纖維素藻酸鹽(nanocellulose alginate)的材料製成,該材料部分由海藻提煉而成。不只企業家Gatenholm認定生物油墨和生物打印的重要性,世界各地的科學家和商業公司都在研究這個項目。在2015年Organovo宣布與化妝品LOréal 建立合作夥伴關係,提供3D打印皮膚的計畫。最終目標是根除對動物試驗的需求。如果皮膚可以在實驗室中打印,那麼想像它被用於治療嚴重灼傷並不算甚麼。目前,皮膚移植可能導致出血和感染,通常恢復時間長。生物打印的皮膚可能需要5年的時間,但一旦可行,將使醫療跨過另一個領域。

3D生物打印需要克服的一個障礙是成本。雖然製造人造器官的能力可以解決等待名單的問題,但這是一項非常昂貴的技術,如果實現了,只有少數人能夠負擔得起。目前存在的健康不平等和編碼抽籤風險也會使大多數人無法得到福利。理想情況下,將一台價格相對便宜的生物打印機出口到一個沒有最佳醫療結構的國家或地區,可使人們能夠獲得這種機器所能提供的療法。但實際上,這些打印機只能在有能力使用它的現有醫療保健基礎設施內運作。

我們距離3D打印器官實際可行還有多遠?沒有人確切知道這些技術何時會被批准為可安全用於人體移植。然而,在3D生物打印領域工作的研究科學家人數眾多,加上預計到2021年將超過13億美元的一個行業發展,意味著我們可以確信它不會太遙遠。

註釋

  1. Hasan Chowdhury, Liver success holds promise of 3D organ printing, FINANCIAL TIMES, Mar. 5, 2018, https://www.ft.com/content/67e3ab88-f56f-11e7-a4c9-bbdefa4f210b (lasted visited Apr. 17, 2018); Tim Lewis, Could 3D printing solve the organ transplant shortage?, THE GUARDIAN, July 30, 2017 https://www.theguardian.com/technology/2017/jul/30/will-3d-printing-solve-the-organ-transplant-shortage (lasted visited Apr. 17, 2018).

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