人工角膜：眼疾患者的福音

沈臻懿

目前，全球范围内有超过22亿人口存在视力受损或失明问题。各类致盲眼病中，角膜病仅次于白内障，位列第二

不容忽视的视力残疾问题

2019年10月8日，在一年一度的“世界爱眼日”前夕，世界卫生组织发布了全球首份《世界视力报告》，引起了世人对于视力残疾和失明等问题的高度关注。该份报告指出，全球范围内有超过22亿人口存在视力受损或失明问题。各类致盲眼病中，角膜病仅次于白内障，位列第二。目前，世界上有大约6000万名角膜盲患者。

人的眼睛，是一种极为复杂且精密的器官。如果把人的眼睛比作是一台照相机的话，那么角膜就相当于相机镜头，移植角膜就如同给照相机换了一个镜头。眼球壁最外层前1/6的透明部分，就是我们所熟知的角膜。其主要由无血管的结缔组织构成，厚度约1毫米，形似凸凹透镜，具有折射光线的作用，在视觉成像中起着极为重要的作用。因各类原因引发角膜混浊而导致的病患视力障碍，通过角膜移植往往是最为有效的复健方式。大部分角膜盲患者都可通过常规的供体角膜移植来“重获光明”。然而，受制于供体角膜数量、角膜数据库信息不通、有限角膜未能充分利用等因素，角膜供体仍然处于严重的供不应求的状态。不少角膜病患者在苦苦等待角膜供体的过程中，由于病情恶化而终身处于“黑暗”之中。

眼球壁最外层前六分之一的透明部分，就是我们所熟知的角膜。其主要由无血管的结缔组织构成，厚度约1毫米，形似凸凹透镜，具有折射光线作用，在视觉成像中起着极为重要的作用

如果把人的眼睛比作是一台照相机的话，那么角膜就相当于相机镜头，移植角膜就如同给照相机换了一个镜头

人工角膜的实质是一种基于人工合成材料的特殊屈光装置，能用来替代病变后影响眼球光学通路的混浊角膜，进而令患者重见光明

面对能为角膜盲患者“带来曙光”的供体角膜严重短缺问题，研发人工角膜一直以来都是科学家们的追求。此外，遭受严重的角膜热烧伤、化学伤害后已产生新生血管的角膜盲患者，在接受供体角膜移植后，容易在手术后出现排异反应而导致复明手术的失败。对于这些患者来说，植入人工角膜更是其康复的唯一选择。

“波士顿型”与“领扣型”人工角膜

人工角膜的实质是一种基于人工合成材料的特殊屈光装置，能用来替代病变后影响眼球光学通路的混浊角膜，进而令患者重见光明。全球范围内，目前由哈佛大学医学院研发的一款名为“波士顿型”的人工角膜已用于临床治疗。其主要适用于高危角膜移植、反复同种异体角膜移植失败、儿童先天性角膜盲以及眼表疾病致盲等病癥。医学专家通过专门技术，将“波士顿型”人工角膜安装于供体角膜中间，从而让供体角膜作为载体将之移植给患者，并发挥其透明屈光间质的作用。由于其所使用材料的生物相容性较好，因而易与周围组织愈合，不易产生移植后血管增生或排斥反应。

不断发展的科学技术，使得人们在研发人工角膜方面也有了新的突破。近期，有科研团队研发的一款“领扣型”人工角膜，更是推动人工角膜技术向前迈进了一步。“领扣型”人工角膜是根据患者角膜和眼表结构特性研发的一种人工角膜和人体角膜的复合体，可根据患者自身的眼轴长度来选择相应的光焦度。作为一项成功研发的新型技术，“领扣型”人工角膜不仅手术最为简便、治疗效果最好，且治疗成本最低。同时，其在光谱透过率、分辨率、表面光洁度以及光学偏心等指标方面已然优于“波士顿型”人工角膜等同类产品。更值得称道的是，“领扣型”人工角膜技术充分考虑到了东亚人种眼球相对较小的特点，更符合东亚人的眼球结构。

过去，遭受角膜热烧伤、化学伤对于患者而言堪称“绝症”，使用供体角膜来进行移植的成功率近乎为零，几乎没有重见光明的可能。但随着“领扣型”人工角膜技术的问世，这些患者重新燃起了复明的希望。一名因气体爆炸导致的重度角膜化学伤的患者，在医学专家团队的努力下，通过植入“领扣型”人工角膜实现了复明。术后第一天，患者的视力就达到了0.25，已然能够轻松阅读报刊，远远超出了世界卫生组织制定的0.05的脱盲标准。相对于供体角膜来说，人工角膜不会受到人体免疫系统的攻击，不会发生自身免疫排斥反应。一旦植入后，人工角膜即可以终身使用。

3D打印人工角膜技术

当前，世界上已有相应的人工角膜技术应用于临床，或即将应用于临床，但科学家们仍在不断探索人工角膜技术的进一步拓展。

3D打印技术问世后，“一切皆可打印”已成为可能。看似两根平行线一般的3D打印技术和人工角膜技术，在某一刻突然产生了交集。有科研团队利用当前盛行的3D打印技术，研制出了世界上首款3D打印人工角膜。

从技术角度来说，人工角膜可以分为医用高分子材料类和生物工程类两部分。3D打印人工角膜所涉及的，即属于生物工程类的人工角膜。其利用生物工程技术，可生成能够模拟人体角膜组织的特殊材料。在3D打印人工角膜问世前，科学家们在此领域中的研究成果多为角膜基质的支架结构。由于其缺乏活性上皮细胞和内皮细胞，在移植后还需要受体患者自身角膜上皮的皮肤。

为了寻获完美的生物工程材料，科学家们在实验室中进行了大量的测试研究。最终，科学家们发现，将角膜干细胞、海藻酸盐以及胶原蛋白混合后，即可打造出一种完美的“生物墨水”。这种“生物墨水”有着极为特殊的材料属性优势——既柔软又充满韧性。一方面，柔软性的特点，能够使其毫无障碍地从3D打印机的喷嘴中挤出;另一方面，有韧性的特点，又可使其具有并保持一定的形状。同时，海藻酸盐和胶原蛋白混合而成的凝胶，可以保持角膜干细胞的活力。用户使用这一含有角膜干细胞的“生物墨水”后，即可直接打印，并不需要担心细胞单独生长的问题。

考虑到每名患者眼球结构的独特性和差异性，3D打印人工角膜技术有着极为人性化的一面。其可以通过扫描患者的眼睛，对其角膜大小和自然曲率进行测量，并获取相应数据。在此基础上，利用算法来制作原始的人工角膜模型，并进一步将其转换为实体，以生成相应的3D打印支撑结构。有了支撑结构后，还需要持续利用3D打印，将“生物墨水”成功挤压为同心圆，并最终形成人眼角膜的形状。干细胞在3D打印形成的人工角膜中，还可继续发育。这一整套流程看似环节较多，但整个打印过程仅仅只需不到10分钟时间，就能快速打印出符合患者独特需求，且形状和大小极为匹配的人工角膜。

诚然，科学家目前对于3D打印人工角膜技术的研究，仍需用到器官捐献者提供的角膜干细胞来作为基础材料。但在3D打印人工角膜技术的帮助下，每利用一块健康供体角膜，即可以制作出50块人工角膜。这就使得角膜盲患者获取角膜的概率大大提升，也意味着大量患者在病情恶化之前，就能等到并植入人工角膜以复明。

上述研究数据的结果，的确令人为之振奋，但3D打印人工角膜技术目前尚处于实验室阶段。利用3D技术打印出来的眼角膜还需要经过进一步测试，以确定其安全性和临床适应性。虽然该技术距离真正临床移植还有着较长的一段路要走，但其不失为解决全球范围内的眼角膜紧缺难题提供了一项新的可能。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com