人工角膜：眼疾患者的福音

沈臻懿

目前，全球范圍內(nèi)有超過22億人口存在視力受損或失明問題。各類致盲眼病中，角膜病僅次于白內(nèi)障，位列第二

不容忽視的視力殘疾問題

2019年10月8日，在一年一度的“世界愛眼日”前夕，世界衛(wèi)生組織發(fā)布了全球首份《世界視力報(bào)告》，引起了世人對(duì)于視力殘疾和失明等問題的高度關(guān)注。該份報(bào)告指出，全球范圍內(nèi)有超過22億人口存在視力受損或失明問題。各類致盲眼病中，角膜病僅次于白內(nèi)障，位列第二。目前，世界上有大約6000萬名角膜盲患者。

人的眼睛，是一種極為復(fù)雜且精密的器官。如果把人的眼睛比作是一臺(tái)照相機(jī)的話，那么角膜就相當(dāng)于相機(jī)鏡頭，移植角膜就如同給照相機(jī)換了一個(gè)鏡頭。眼球壁最外層前1/6的透明部分，就是我們所熟知的角膜。其主要由無血管的結(jié)締組織構(gòu)成，厚度約1毫米，形似凸凹透鏡，具有折射光線的作用，在視覺成像中起著極為重要的作用。因各類原因引發(fā)角膜混濁而導(dǎo)致的病患視力障礙，通過角膜移植往往是最為有效的復(fù)健方式。大部分角膜盲患者都可通過常規(guī)的供體角膜移植來“重獲光明”。然而，受制于供體角膜數(shù)量、角膜數(shù)據(jù)庫(kù)信息不通、有限角膜未能充分利用等因素，角膜供體仍然處于嚴(yán)重的供不應(yīng)求的狀態(tài)。不少角膜病患者在苦苦等待角膜供體的過程中，由于病情惡化而終身處于“黑暗”之中。

眼球壁最外層前六分之一的透明部分，就是我們所熟知的角膜。其主要由無血管的結(jié)締組織構(gòu)成，厚度約1毫米，形似凸凹透鏡，具有折射光線作用，在視覺成像中起著極為重要的作用

如果把人的眼睛比作是一臺(tái)照相機(jī)的話，那么角膜就相當(dāng)于相機(jī)鏡頭，移植角膜就如同給照相機(jī)換了一個(gè)鏡頭

人工角膜的實(shí)質(zhì)是一種基于人工合成材料的特殊屈光裝置，能用來替代病變后影響眼球光學(xué)通路的混濁角膜，進(jìn)而令患者重見光明

面對(duì)能為角膜盲患者“帶來曙光”的供體角膜嚴(yán)重短缺問題，研發(fā)人工角膜一直以來都是科學(xué)家們的追求。此外，遭受嚴(yán)重的角膜熱燒傷、化學(xué)傷害后已產(chǎn)生新生血管的角膜盲患者，在接受供體角膜移植后，容易在手術(shù)后出現(xiàn)排異反應(yīng)而導(dǎo)致復(fù)明手術(shù)的失敗。對(duì)于這些患者來說，植入人工角膜更是其康復(fù)的唯一選擇。

“波士頓型”與“領(lǐng)扣型”人工角膜

人工角膜的實(shí)質(zhì)是一種基于人工合成材料的特殊屈光裝置，能用來替代病變后影響眼球光學(xué)通路的混濁角膜，進(jìn)而令患者重見光明。全球范圍內(nèi)，目前由哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院研發(fā)的一款名為“波士頓型”的人工角膜已用于臨床治療。其主要適用于高危角膜移植、反復(fù)同種異體角膜移植失敗、兒童先天性角膜盲以及眼表疾病致盲等病癥。醫(yī)學(xué)專家通過專門技術(shù)，將“波士頓型”人工角膜安裝于供體角膜中間，從而讓供體角膜作為載體將之移植給患者，并發(fā)揮其透明屈光間質(zhì)的作用。由于其所使用材料的生物相容性較好，因而易與周圍組織愈合，不易產(chǎn)生移植后血管增生或排斥反應(yīng)。

不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，使得人們?cè)谘邪l(fā)人工角膜方面也有了新的突破。近期，有科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一款“領(lǐng)扣型”人工角膜，更是推動(dòng)人工角膜技術(shù)向前邁進(jìn)了一步?！邦I(lǐng)扣型”人工角膜是根據(jù)患者角膜和眼表結(jié)構(gòu)特性研發(fā)的一種人工角膜和人體角膜的復(fù)合體，可根據(jù)患者自身的眼軸長(zhǎng)度來選擇相應(yīng)的光焦度。作為一項(xiàng)成功研發(fā)的新型技術(shù)，“領(lǐng)扣型”人工角膜不僅手術(shù)最為簡(jiǎn)便、治療效果最好，且治療成本最低。同時(shí)，其在光譜透過率、分辨率、表面光潔度以及光學(xué)偏心等指標(biāo)方面已然優(yōu)于“波士頓型”人工角膜等同類產(chǎn)品。更值得稱道的是，“領(lǐng)扣型”人工角膜技術(shù)充分考慮到了東亞人種眼球相對(duì)較小的特點(diǎn)，更符合東亞人的眼球結(jié)構(gòu)。

過去，遭受角膜熱燒傷、化學(xué)傷對(duì)于患者而言堪稱“絕癥”，使用供體角膜來進(jìn)行移植的成功率近乎為零，幾乎沒有重見光明的可能。但隨著“領(lǐng)扣型”人工角膜技術(shù)的問世，這些患者重新燃起了復(fù)明的希望。一名因氣體爆炸導(dǎo)致的重度角膜化學(xué)傷的患者，在醫(yī)學(xué)專家團(tuán)隊(duì)的努力下，通過植入“領(lǐng)扣型”人工角膜實(shí)現(xiàn)了復(fù)明。術(shù)后第一天，患者的視力就達(dá)到了0.25，已然能夠輕松閱讀報(bào)刊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了世界衛(wèi)生組織制定的0.05的脫盲標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于供體角膜來說，人工角膜不會(huì)受到人體免疫系統(tǒng)的攻擊，不會(huì)發(fā)生自身免疫排斥反應(yīng)。一旦植入后，人工角膜即可以終身使用。

3D打印人工角膜技術(shù)

當(dāng)前，世界上已有相應(yīng)的人工角膜技術(shù)應(yīng)用于臨床，或即將應(yīng)用于臨床，但科學(xué)家們?nèi)栽诓粩嗵剿魅斯そ悄ぜ夹g(shù)的進(jìn)一步拓展。

3D打印技術(shù)問世后，“一切皆可打印”已成為可能?？此苾筛叫芯€一般的3D打印技術(shù)和人工角膜技術(shù)，在某一刻突然產(chǎn)生了交集。有科研團(tuán)隊(duì)利用當(dāng)前盛行的3D打印技術(shù)，研制出了世界上首款3D打印人工角膜。

從技術(shù)角度來說，人工角膜可以分為醫(yī)用高分子材料類和生物工程類兩部分。3D打印人工角膜所涉及的，即屬于生物工程類的人工角膜。其利用生物工程技術(shù)，可生成能夠模擬人體角膜組織的特殊材料。在3D打印人工角膜問世前，科學(xué)家們?cè)诖祟I(lǐng)域中的研究成果多為角膜基質(zhì)的支架結(jié)構(gòu)。由于其缺乏活性上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，在移植后還需要受體患者自身角膜上皮的皮膚。

為了尋獲完美的生物工程材料，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了大量的測(cè)試研究。最終，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將角膜干細(xì)胞、海藻酸鹽以及膠原蛋白混合后，即可打造出一種完美的“生物墨水”。這種“生物墨水”有著極為特殊的材料屬性優(yōu)勢(shì)——既柔軟又充滿韌性。一方面，柔軟性的特點(diǎn)，能夠使其毫無障礙地從3D打印機(jī)的噴嘴中擠出;另一方面，有韌性的特點(diǎn)，又可使其具有并保持一定的形狀。同時(shí)，海藻酸鹽和膠原蛋白混合而成的凝膠，可以保持角膜干細(xì)胞的活力。用戶使用這一含有角膜干細(xì)胞的“生物墨水”后，即可直接打印，并不需要擔(dān)心細(xì)胞單獨(dú)生長(zhǎng)的問題。

考慮到每名患者眼球結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性和差異性，3D打印人工角膜技術(shù)有著極為人性化的一面。其可以通過掃描患者的眼睛，對(duì)其角膜大小和自然曲率進(jìn)行測(cè)量，并獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用算法來制作原始的人工角膜模型，并進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為實(shí)體，以生成相應(yīng)的3D打印支撐結(jié)構(gòu)。有了支撐結(jié)構(gòu)后，還需要持續(xù)利用3D打印，將“生物墨水”成功擠壓為同心圓，并最終形成人眼角膜的形狀。干細(xì)胞在3D打印形成的人工角膜中，還可繼續(xù)發(fā)育。這一整套流程看似環(huán)節(jié)較多，但整個(gè)打印過程僅僅只需不到10分鐘時(shí)間，就能快速打印出符合患者獨(dú)特需求，且形狀和大小極為匹配的人工角膜。

誠(chéng)然，科學(xué)家目前對(duì)于3D打印人工角膜技術(shù)的研究，仍需用到器官捐獻(xiàn)者提供的角膜干細(xì)胞來作為基礎(chǔ)材料。但在3D打印人工角膜技術(shù)的幫助下，每利用一塊健康供體角膜，即可以制作出50塊人工角膜。這就使得角膜盲患者獲取角膜的概率大大提升，也意味著大量患者在病情惡化之前，就能等到并植入人工角膜以復(fù)明。

上述研究數(shù)據(jù)的結(jié)果，的確令人為之振奮，但3D打印人工角膜技術(shù)目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。利用3D技術(shù)打印出來的眼角膜還需要經(jīng)過進(jìn)一步測(cè)試，以確定其安全性和臨床適應(yīng)性。雖然該技術(shù)距離真正臨床移植還有著較長(zhǎng)的一段路要走，但其不失為解決全球范圍內(nèi)的眼角膜緊缺難題提供了一項(xiàng)新的可能。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com