人工視網(wǎng)膜進(jìn)展 醫(yī)學(xué)課件

1、??人工視網(wǎng)膜進(jìn)展??各種視網(wǎng)膜變性，包括年齡相關(guān)性黃斑變性是一組嚴(yán)重的致盲眼病。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其做了深入研究，但目前尚無有效治療方法。??發(fā)達(dá)國家大約50%的失明是由視網(wǎng)膜病變引起，其中大部分為RP和ARMD。全世界共有約150萬RP患者。在65歲以上的老年人中，有近25%患有RMD。??因此，研究該組眼病的發(fā)病機(jī)理，尋找有效的治療方法，是眼科界亟待解決的問題。??目前，對(duì)于視網(wǎng)膜變性最令人興奮奮和極富前景的三種治療方式為:移植

2、基因治療人工視網(wǎng)膜（微芯片）。??由于器械的進(jìn)步在眼科領(lǐng)域眼球內(nèi)的觀察和治療已到無所不能的地步。??美國、德國、澳大利亞、印度等國正在臨床上嘗試將胎兒的視網(wǎng)膜色素上皮、光感受器細(xì)胞及全層視網(wǎng)膜移植至視網(wǎng)膜下治療視網(wǎng)膜變性的方法。??也有通過培養(yǎng)取自對(duì)人眼無排斥反應(yīng)的自身虹膜色素上皮細(xì)胞并將其移植至視網(wǎng)膜下的方法。??雖然上述視網(wǎng)膜移植實(shí)驗(yàn)正取得相當(dāng)程度的進(jìn)展但在諸方面還有很大困難:移植技術(shù)移植細(xì)胞的生物學(xué)功能??移植的視網(wǎng)膜色素上皮(R

3、PE)細(xì)胞附著及重新貼附到玻璃膜上如何解決免疫排斥反應(yīng)移植視網(wǎng)膜在與中樞神經(jīng)結(jié)合等。??基因技術(shù)的導(dǎo)入也正在研究之中。但這些方法均因其局限性而未能在臨床上取得提高視力的效果。??人工視網(wǎng)膜的研究也正在進(jìn)行人工視網(wǎng)膜應(yīng)用于視網(wǎng)膜色素變性等因視細(xì)胞變性無法識(shí)別光線狀態(tài)時(shí)。??用電子裝置將光變換成電信號(hào)將電信號(hào)送至視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞或視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞使之興奮傳導(dǎo)沖動(dòng)到大腦，使腦識(shí)別光線進(jìn)而識(shí)別圖像。??絕大多數(shù)視網(wǎng)膜病變的患者仍然保留有部分正常的

4、視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能，即使是晚期RP患者仍然保留一定數(shù)量的正常神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、內(nèi)核層細(xì)胞及雙極細(xì)胞等。從而使視網(wǎng)膜電刺激產(chǎn)生視覺信號(hào)成為可能。??目前，有許多種用電子裝置激發(fā)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞來產(chǎn)生視覺的方法。人工視網(wǎng)膜大致可分為視網(wǎng)膜下電極和視網(wǎng)膜前電極兩種。??視網(wǎng)膜下電極法??在視網(wǎng)膜下插入微光電二極管來起光感受器的作用。每個(gè)微光電二極管20?20微米大小，由3500—7600個(gè)微光電二極管陣列構(gòu)成直徑2—3毫米的硅芯片。??視網(wǎng)膜下電極植

5、入方法1、經(jīng)玻璃體切割的途徑：在視網(wǎng)膜下注入生理鹽水以產(chǎn)生一個(gè)局部神經(jīng)上皮與色素上皮之間的分離，然后做一個(gè)小的視網(wǎng)膜切開，植入微芯片于視網(wǎng)膜下。????2、經(jīng)鞏膜途徑：平行角膜緣在睫狀體扁平部后方預(yù)定植入的部位先做一個(gè)鞏膜瓣，做0.51.0毫米小切口穿過鞏膜和脈絡(luò)膜微芯片裝入定制的植入工具中，通過植入工具將將微芯片植入視網(wǎng)膜下腔。大部分植入物被放在眼的上方象限，切口用100縫線縫合。??微光電二極管可對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)并產(chǎn)生電流脈沖，刺激雙極

6、細(xì)胞神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和其他神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)視神經(jīng)傳入大腦從而感知圖象。??視網(wǎng)膜上電極的優(yōu)點(diǎn)：植入操作較容易；易于長期固定；構(gòu)造簡(jiǎn)單不需外在的圖象感受及處理系統(tǒng)；電極直接刺激保留有信號(hào)處理和傳導(dǎo)功能的視網(wǎng)膜內(nèi)層神經(jīng)細(xì)胞軸突網(wǎng)絡(luò)，感知的視覺圖象較為準(zhǔn)確；眼球運(yùn)動(dòng)仍可用于定位。??視網(wǎng)膜上電極缺點(diǎn)：需保存充分的視網(wǎng)膜內(nèi)層；需要透明的曲光間質(zhì)；Zrenner等觀察鼠眼植入硅芯片后4個(gè)月，視網(wǎng)膜外核層，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞及神經(jīng)纖維變薄，但視網(wǎng)膜內(nèi)層結(jié)

7、構(gòu)保持完整。??它不需要電池，但是它們產(chǎn)生的電流太微弱，需要一個(gè)將它們相聯(lián)系到眼外的電纜或者借助近紅外光源的高能量增加光的刺激。??目前正在通過視網(wǎng)膜電流圖（ERG、多焦ERG視覺誘發(fā)電位（VEP）驗(yàn)證其在家兔、鼠、豬等動(dòng)物上的有效性。??視網(wǎng)膜前電極法??在視網(wǎng)膜表面固定多電極陣列芯片，眼外裝置提供能量，信息及調(diào)節(jié)進(jìn)入眼內(nèi)的刺激參數(shù)。??視網(wǎng)膜前電極植入方法眼外裝置固定在眼鏡框架上，眼內(nèi)裝置固定在人工晶體上，通過視網(wǎng)膜玻璃體手術(shù)將硅制

8、頭端電極刺激器用電化學(xué)纖維膠或視網(wǎng)膜釘固定于視網(wǎng)膜表面來直接刺激鄰近的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞軸突及胞體，將外界信息經(jīng)視神經(jīng)傳入大腦，產(chǎn)生光的感覺。??視網(wǎng)膜前電極法優(yōu)點(diǎn)：是直接刺激神經(jīng)節(jié)細(xì)胞；不需殘留的內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)連接網(wǎng)絡(luò)和感光細(xì)胞；不需要透明的曲光間質(zhì)；眼外裝置可調(diào)節(jié)眼內(nèi)電信號(hào)的刺激參數(shù)強(qiáng)弱；電活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量可通過玻璃體散發(fā)，從而減少熱對(duì)視網(wǎng)膜的損傷。??視網(wǎng)膜前電極法缺點(diǎn)：植入和固定方法較難；因?yàn)橐暰W(wǎng)膜很脆弱以至這種聯(lián)系不穩(wěn)定，在波士頓，另

9、一個(gè)組織介紹了一種可膨脹的人工視網(wǎng)膜，它可解決此領(lǐng)域的難題。當(dāng)無膨脹時(shí)，此裝置可通過小切口放入眼內(nèi)，然后膨脹覆蓋視網(wǎng)膜表面。??視網(wǎng)膜前電極法缺點(diǎn)：此時(shí)必須存在殘存神經(jīng)節(jié)細(xì)胞及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞纖維；可能引起玻璃體視網(wǎng)膜增殖；另外電極芯片對(duì)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞刺激的準(zhǔn)確定位較為困難，缺乏選擇性；需要復(fù)雜的眼外圖象感受及處理系統(tǒng)裝置。??現(xiàn)在正在用家兔及犬做實(shí)驗(yàn)。Majji和Walter等研究發(fā)現(xiàn)，植入視網(wǎng)膜前芯片后2個(gè)月及6個(gè)月，電生理未見異常，局部視網(wǎng)

10、膜組織學(xué)檢查未見異常，僅見局部色素細(xì)胞增殖。??視神經(jīng)電極最近一個(gè)布魯塞爾的科學(xué)家試著把電極放到眼外的視神經(jīng)，通過外置設(shè)備采集和處理信息，在通過視神經(jīng)外套圈上的電極刺激視神經(jīng)而產(chǎn)生光覺。視神經(jīng)更穩(wěn)定但操作難度大。??枕葉電極最有效的方法是在腦枕葉皮質(zhì)放電極直接刺激皮質(zhì)可以獲得光的感覺但需要做神經(jīng)外科手術(shù)，更復(fù)雜也不可預(yù)測(cè)。??Nmann等于2001年報(bào)道用100根極細(xì)的電極刺激皮質(zhì)。但由于神經(jīng)元在持續(xù)的電極刺激下很快失去興奮，而且皮質(zhì)神

11、經(jīng)元刺激編碼更難譯解這使枕葉皮質(zhì)刺激器難以獲得有效的圖像。??人工視網(wǎng)膜在臨床上的應(yīng)用??2001年，作為FDA認(rèn)可的安全和可行性研究的一部分，芝加哥3個(gè)患進(jìn)行視網(wǎng)膜色素變性的病人接受2mm直徑的人工硅視網(wǎng)膜移植。??此手術(shù)花了23個(gè)小時(shí)。觀察4個(gè)多月，患者并未因此芯片發(fā)生眼內(nèi)并發(fā)癥。??一家大公司生產(chǎn)出相當(dāng)規(guī)模的用許多微solar細(xì)胞做成的硒微芯片，它們被放入3個(gè)盲人的視網(wǎng)膜上。??Humayun等于1996年和1999年共對(duì)15例視

12、網(wǎng)膜色素變性和老年性黃斑變性及不明原因而失明的人眼進(jìn)行了視網(wǎng)膜前微光電二極管陣列植入術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)14例患者術(shù)后能分辨不同的形狀，4例能描述出光點(diǎn)的空間位置及光點(diǎn)的大小，形態(tài)及顏色。??Chow等對(duì)6例視網(wǎng)膜色素變性的患者進(jìn)行了視網(wǎng)膜前微光電二極管陣列植入術(shù)，術(shù)后觀察68個(gè)月無明顯組織反應(yīng)，并且均有不同程度的視力提高。??華裔周業(yè)鈞領(lǐng)導(dǎo)的小組2000年對(duì)6名視網(wǎng)膜色素病變而失明的病人進(jìn)行了他協(xié)助發(fā)明的人工硅片視網(wǎng)膜下腔移植術(shù)。術(shù)后追蹤21

13、個(gè)月，6名病人的視力都有顯著改善，甚至能辨認(rèn)眼前人的容貌。而且都沒有出現(xiàn)排斥或感染跡象。周業(yè)鈞設(shè)在伊利諾州的光學(xué)仿生學(xué)公司正發(fā)展這種人工視網(wǎng)膜。??對(duì)人工視網(wǎng)膜微芯片的看法是盡管目前看來微芯片治療含有許多問題待解決，但它有著廣闊的前景。??它的作用超過了視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）移植或基因治療，因?yàn)樗性诠飧惺芷鞴δ軄G失后存儲(chǔ)光感受器的功能。??這個(gè)研究有使人追隨的吸引力，現(xiàn)在國外由許多不同的實(shí)驗(yàn)室分頭承擔(dān)。??在這個(gè)領(lǐng)域里有眾多的問題亟

14、待解決：1.是否一個(gè)人因光感受器的缺失而變盲但仍然保持視神經(jīng)與大腦的聯(lián)系.??2.決定放置微芯片的理想位置：?在受體水平放于視網(wǎng)膜深部?在神經(jīng)節(jié)水平放于視網(wǎng)膜表面???在遠(yuǎn)離視網(wǎng)膜的視神經(jīng)處或在遠(yuǎn)離視網(wǎng)膜的大腦處。所有的方法正在試驗(yàn)當(dāng)中。??另一個(gè)難題是如何保持電子芯片不被鹽水溶液破壞。??到目前為止有21個(gè)月在浸潤到鹽溶液的芯片中未發(fā)現(xiàn)明顯損害。??然而，在活體條件下芯片的二氧化硅鈍化層在612個(gè)月內(nèi)被溶解，隨后，內(nèi)層硅被腐蝕了在波士

15、頓的在Keck神經(jīng)修復(fù)術(shù)研究中心的科學(xué)家發(fā)明了硅酮塑膠可能解決問題.??目前為止微芯片修復(fù)術(shù)的最大障礙是與視覺神經(jīng)的長期聯(lián)系，它們和宿主視網(wǎng)膜神經(jīng)的聯(lián)系，這也是光感受器移植面臨的同樣的問題。??實(shí)驗(yàn)策略應(yīng)制定出在其它的任一種方法奏效之前，建立芯片與活光感受器細(xì)胞及其它神經(jīng)細(xì)胞的溝通。??以上尚都處于實(shí)驗(yàn)階段。目前存在問題，歸納如下：電極的固定方法、植入芯片的能量供應(yīng)、芯片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、刺激參數(shù)的大小和安全閾值及刺激的調(diào)節(jié)、??目前存在問題

16、：視網(wǎng)膜是否能夠經(jīng)受長期的電刺激、局部視網(wǎng)膜受刺激是否能夠產(chǎn)生對(duì)整個(gè)圖象的感知及其程度、眼內(nèi)植入是否對(duì)周邊視力產(chǎn)生影響、人工視網(wǎng)膜植入后是否能產(chǎn)生真正有用的視力、??生物相容性、長期穩(wěn)定性、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)效果的判定法、人工視網(wǎng)膜在與中樞神經(jīng)結(jié)合、如何編碼電訊號(hào)，形成物體形狀、方位、運(yùn)動(dòng)、顏色等綜合的視覺信息、再現(xiàn)復(fù)雜視功能等必須解決的問題。??但此方面研究在最近已取得長足進(jìn)步，人工視網(wǎng)膜植入后至少可以使盲人得到一個(gè)分辨率差而缺乏色彩的視功能。