人工视网膜: 失明治疗的新技术

Editor Post in 2008.08, 医学进展
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陈晶华M.D., Ph.D. 哈佛大学麻州眼耳鼻喉医院助理科学家

电话:617-573-6476

Email: jinghua_chen@meei.harvard.edu

视网膜色素变性(retinitis pigmentosa, RP)和老年黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是工业发达国家致盲的主要原因。全球有2500万人,美国有600万人因这两种眼病致盲或视力严重受损。到2002年,这些数字还会增加一倍,导致失明人数明显增加。1这两种患者的视网膜光感受细胞都发生了变形,但神经节细胞和视网膜的其他细胞还保留着功能。目前对于这两种疾病的晚期没有有效的治疗方法。基因疗法,干细胞移植,神经生长因子和人工视网膜等治疗方法正在研究中。

人工视网膜的工作原理

正常视觉开始于视网膜的光感受器(视杆和视锥细胞)接受光的刺激。这些细胞把光的刺激转化为电脉冲信号通过视神经传给大脑的视皮层。如果光感受器细胞发生变性,视觉的接收通路就被阻断。尽管患者视通路的大部分仍保持正常功能,这些病人还是看不到东西。人工视网膜绕过了变性的光感受器细胞,接受光刺激并转化为电信号,刺激仍有功能的视网膜细胞,使视皮层产生视觉(见图1)。

图1 视网膜表面芯片和视网膜下芯片示意图

1

人工视网膜的发展历史

早在50年前人们就开始用电刺激视网膜来研究其功能。30年前人们首次报道和可能性治疗相关的视网膜刺激研究。2,3 1996 年Dr.Humayun 在John Hopkins 进行了急性人的视网膜刺激试验。4 在2003年 Rizzo, Wyatt 和 Loewenstein的研究团队在哈佛大学麻州眼耳鼻喉医院进行了急性人的视网膜刺激试验。5,6 两个小组的实验都通过电刺激使盲人产生了视觉假象,证明了这种治疗方法的可能性。现在全世界有30多个课题组在进行人工视网膜和其他视觉假体的研究,包括美国,德国,日本,爱尔兰,澳大利亚,韩国,中国,瑞典等国。还有很多研究人员对这个领域的研究很感兴趣。

各种研究小组在研发视网膜前或视网膜下芯片作为将来治疗视网膜色素变性和老年黄斑病变晚期的方法。(图1)两种类型的芯片都已经在动物和人的身上进行了急性和慢性的实验。到目前为止,做到临床试验的研究小组有芝加哥的研究小组 (Optobionics),7南加州的研究小组 (Second Sight), 4,8-11德国的两个小组(Intelligent Medical Implants AG and Retinal Implant AG).12,13

临床试验

Alan Chow 和 Vincent Chow研发了一种人工硅胶视网膜 (ASR) 芯片(Chicago, Optobionics)。他们的芯片直径2 mm,上面有5000个微电极,微电极顶上装有5000个光电二极管。这种芯片完全靠自然光供能。Dr.Alan Chow用标准的玻璃体切割手术给6个视网膜色素变性的病人视网膜下植入了这种人工视网膜。他们的设计不需要连接外部设备。他们观察病人6到18个月,没有发现芯片对眼睛有不安全的影响。主观的改进包括光觉,对比度,颜色,运动,形状,分辨率和视野范围的改善。7

所有其他的装置都有眼外部的设备来提供能量和视觉信号。Dr.Mark Humayun 完成了6例病人植入手术(Southern California, Second Sight)。4,8-11他们的芯片有4 x 4个白金电极,由视网膜钉固定在视网膜的表面。这种人工视网膜由计算机无线控制或由戴在头上的一部摄像机控制。芯片的导线从眼内引出来以后经皮下走到耳后,以和其他外部设备相连,接受能量和信号的传输。植入芯片后,这些盲人可以看到光亮,运动的物体,认出简单的形状,分辨出单个电极的刺激和形状刺激。8,10 最近,该公司开始了有60个电极的第二代芯片的临床研究。在英国有2个病人接受了这种有60个电极的Argus II 人工视网膜的移植。

在德国(Intelligent Medical Implants AG) 有6个视网膜色素变性的患者通过脉络膜手术路径植入了视网膜下芯片。连接有导线的芯片由两部分组成:4 x 4个电极进行直接光刺激;另一部分是有1500个光敏元件组成的光电二极管(MPDA)。这些部件都加载在一条聚酰亚胺的金属薄片上。实验观察了4-5个星期。4个患者通过直接的电刺激可以辨识形状。2个患者通过MPDA报告有光觉。一名患者失明了30余年,在安全阈值内对电刺激没有反应。11, 12

视网膜芯片研究所面临的挑战

视网膜芯片正在发展为视网膜变性致盲患者的一种有希望的治疗方法。尽管世界上已经有4个研究小组开始了临床试验,但是这个领域的研究仍面临许多问题:1 这些装置怎样才能帮助盲人在不熟悉的环境中行走和增加生活的独立性?2 这些装置是否能在人眼中稳定放置很长时间并保存功能?

参考文献:因篇幅关系省略,有意可电邮至info@acmec.net 索取

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