人工角膜：眼疾患者的福音

沈臻懿

目前，全球范圍內有超過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，世界衛生組織發布了全球首份《世界視力報告》，引起了世人對于視力殘疾和失明等問題的高度關注。該份報告指出，全球范圍內有超過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，是一種極為復雜且精密的器官。如果把人的眼睛比作是一臺照相機的話，那么角膜就相當于相機鏡頭，移植角膜就如同給照相機換了一個鏡頭。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締組織構成，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。因各類原因引發角膜混濁而導致的病患視力障礙，通過角膜移植往往是最為有效的復健方式。大部分角膜盲患者都可通過常規的供體角膜移植來“重獲光明”。然而，受制于供體角膜數量、角膜數據庫信息不通、有限角膜未能充分利用等因素，角膜供體仍然處于嚴重的供不應求的狀態。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締組織構成，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照相機的話，那么角膜就相當于相機鏡頭，移植角膜就如同給照相機換了一個鏡頭

人工角膜的實質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通路的混濁角膜，進而令患者重見光明

面對能為角膜盲患者“帶來曙光”的供體角膜嚴重短缺問題，研發人工角膜一直以來都是科學家們的追求。此外，遭受嚴重的角膜熱燒傷、化學傷害后已產生新生血管的角膜盲患者，在接受供體角膜移植后，容易在手術后出現排異反應而導致復明手術的失敗。對于這些患者來說，植入人工角膜更是其康復的唯一選擇。

“波士頓型”與“領扣型”人工角膜

人工角膜的實質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通路的混濁角膜，進而令患者重見光明。全球范圍內，目前由哈佛大學醫學院研發的一款名為“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。醫學專家通過專門技術，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，并發揮其透明屈光間質的作用。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，不易產生移植后血管增生或排斥反應。

不斷發展的科學技術，使得人們在研發人工角膜方面也有了新的突破。近期，有科研團隊研發的一款“領扣型”人工角膜，更是推動人工角膜技術向前邁進了一步?！邦I扣型”人工角膜是根據患者角膜和眼表結構特性研發的一種人工角膜和人體角膜的復合體，可根據患者自身的眼軸長度來選擇相應的光焦度。作為一項成功研發的新型技術，“領扣型”人工角膜不僅手術最為簡便、治療效果最好，且治療成本最低。同時，其在光譜透過率、分辨率、表面光潔度以及光學偏心等指標方面已然優于“波士頓型”人工角膜等同類產品。更值得稱道的是，“領扣型”人工角膜技術充分考慮到了東亞人種眼球相對較小的特點，更符合東亞人的眼球結構。

過去，遭受角膜熱燒傷、化學傷對于患者而言堪稱“絕癥”，使用供體角膜來進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“領扣型”人工角膜技術的問世，這些患者重新燃起了復明的希望。一名因氣體爆炸導致的重度角膜化學傷的患者，在醫學專家團隊的努力下，通過植入“領扣型”人工角膜實現了復明。術后第一天，患者的視力就達到了0.25，已然能夠輕松閱讀報刊，遠遠超出了世界衛生組織制定的0.05的脫盲標準。相對于供體角膜來說，人工角膜不會受到人體免疫系統的攻擊，不會發生自身免疫排斥反應。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

當前，世界上已有相應的人工角膜技術應用于臨床，或即將應用于臨床，但科學家們仍在不斷探索人工角膜技術的進一步拓展。

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

從技術角度來說，人工角膜可以分為醫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，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，科學家們在此領域中的研究成果多為角膜基質的支架結構。由于其缺乏活性上皮細胞和內皮細胞，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，科學家們在實驗室中進行了大量的測試研究。最終，科學家們發現，將角膜干細胞、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勢——既柔軟又充滿韌性。一方面，柔軟性的特點，能夠使其毫無障礙地從3D打印機的噴嘴中擠出;另一方面，有韌性的特點，又可使其具有并保持一定的形狀。同時，海藻酸鹽和膠原蛋白混合而成的凝膠，可以保持角膜干細胞的活力。用戶使用這一含有角膜干細胞的“生物墨水”后，即可直接打印，并不需要擔心細胞單獨生長的問題。

考慮到每名患者眼球結構的獨特性和差異性，3D打印人工角膜技術有著極為人性化的一面。其可以通過掃描患者的眼睛，對其角膜大小和自然曲率進行測量，并獲取相應數據。在此基礎上，利用算法來制作原始的人工角膜模型，并進一步將其轉換為實體，以生成相應的3D打印支撐結構。有了支撐結構后，還需要持續利用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。干細胞在3D打印形成的人工角膜中，還可繼續發育。這一整套流程看似環節較多，但整個打印過程僅僅只需不到10分鐘時間，就能快速打印出符合患者獨特需求，且形狀和大小極為匹配的人工角膜。

誠然，科學家目前對于3D打印人工角膜技術的研究，仍需用到器官捐獻者提供的角膜干細胞來作為基礎材料。但在3D打印人工角膜技術的幫助下，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明。

上述研究數據的結果，的確令人為之振奮，但3D打印人工角膜技術目前尚處于實驗室階段。利用3D技術打印出來的眼角膜還需要經過進一步測試，以確定其安全性和臨床適應性。雖然該技術距離真正臨床移植還有著較長的一段路要走，但其不失為解決全球范圍內的眼角膜緊缺難題提供了一項新的可能。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com