Argus視網膜假體的研發及應用

編者按：來自USC Roski眼科研究所的Mark Humayun教授團隊研究開發出利用生物醫學工程技術治療退化性神經疾病，共同發明了Argus II視網膜假體，這是一種視網膜植入物，來幫助患有遺傳性視網膜色素變性的患者。《國際眼科時訊》有幸在2018 ARVO大會上與Humayun教授討論了有關Argus和視網膜假體的進展情況。

2016年美國總統奧巴馬為表彰Humayun教授的工作，為他頒發了美國國家技術與創新勳章(National Medal of Technology and Innovation)。他說:「能在全美國範圍內得到認可是我的榮幸。「這份榮譽不僅屬於眼科，同樣屬於醫學，也歸功於相關工程和技術領域的努力。當我第一次聽說這件事的時候，我認為這可能是頒錯獎，因為之前的獲獎者是包括史蒂夫·喬布斯和比爾·蓋茨等科技巨匠。奧巴馬總統非常具有親近力，馬上就理解了這項技術。這是一個很棒的經歷。」

2002年，Humayun教授在世界上首次植入了第一個Argus I裝置，然後在2007年植入了第一個Argus II植入物。FDA在2013年批准了該設備。他解釋說:「Argus II是一種視網膜上的植入設備，它可以將生物電子植入到眼球及其周圍，讓視網膜盲、光感受器丟失以及遺傳性視網膜變性導致的失明患者重新獲得視力。」Argus相當於是一個攝像頭，可以捕捉圖像，並通過無線方式將它們發送到植入物上，然後再通過複雜的軟體代碼來啟動盲眼。Argus II是第二代產品。在第一代Argus中，只有6個植入物通過長時間手術被植入患者眼中。雖然Argus II的植入術仍然是一項很長的手術，但現在已經可以由經過培訓的視網膜醫生獨立完成。在歐洲、加拿大、美國、中東、亞太和俄羅斯都得到了批准。目前現在全世界有超過350個植入物。

在技術的應用過程中遇到哪些困難

Humayun教授表示，「這是一個昂貴的設備，大約145000美元。」金錢負擔部分是棘手和困難的，特別是在美國之外。除了價格上的困難，現在面臨的挑戰是如何進一步改進設備。目前，它可以幫助完全失明的人在沒有援助的情況下活動。患者能分辨大的物體在哪裡，比如感受門口的方位等等。他們能讀大的字。但是為了進一步提升，他們需要能夠讀到更小的字體或者能夠區分顏色。這些都是我們現在正在做的事情。

除了技術和臨床方面的挑戰，《國際眼科時訊》還詢問此項技術是否存在倫理問題。Humayun教授說：「我看不出有什麼問題，但在聽力障礙人群，有一個反對人工耳蝸植入的理由，認為這意味著人們沒有必要去學習手語，因此更不容易融入到聽力受損的人群中。」我不認為這會發生在視力受損的人群中。患者不會因為使用植入物而失去一項技能。我不認為這存在道德問題。這純粹是一種技術去恢復感官。」Humayun教授解釋道，我們必須依靠視網膜假體植入受著來了解他們的視力如何恢復，並講述了患者的體驗。「一開始，當被問及他們看到了什麼，患者表現出的是大腦神經的可塑性過程，結果是相當驚人的。」一開始，他們看到的是光點，就像像素化的照片。接下來，幾個星期後，他們開始看到圖形。大腦能夠把光點整理成形狀和圖片。這可能是視網膜的應答，但我們傾向於考慮這種變化是由於大腦的可塑性造成的。我們在視覺上都有由於視神經連接點造成的生理盲點，但我們不會感覺到盲點的存在。我們知道包括大腦在內的視覺系統因為存在可塑性，從而有適應接收器的信號變化的能力。

致力於恢復患者視力的初衷

「對我來說，這是我個人的故事」，他回應道，「當我在醫學院的時候，我的祖母因為糖尿病而失明。這改變了我要做的事情。我曾經想要成為一名神經外科醫生，突然我意識到視力的重要性。我和她一起經歷了這一切，這使得我開始專註於這個領域。我意識到現有的藥物和手術技術是不夠的。我們需要生物工程設備來幫助恢復視力。於是我進入了眼科學領域，然後進入了工程領域，目的是為了讓盲人恢復視力。Humayun教授向我們描述了他第一次感到自己實現目標了：「它實際上是在動物模型中。我們可以從視覺皮質和視網膜上檢測信號，但我們真的無法分辨出動物能看到什麼。因此人們很難相信我們。真正的突破時刻出現在手術室。我們當時沒有植入物以及其他設備，但我們有微型電極，放置在一個完全失明的患者的眼睛裡，與電腦相連。這個人已經失明50年了。當他回答說他能看到我們試圖去創造的光點時，這是我職業生涯中最快樂的一天。這太神奇了。一位已經失明了50年的患者，在20分鐘的程序中，我們讓他看到了一個光點。雖然那只是一個光點。但這是一個起點，它堅定了我的信心，必須堅持做下去，為了能夠恢復盲人的視力。無論多麼艱難，我都不能放棄。這是非常困難的。製作出植入設備是異常艱難的。那時，我們可以有髖關節植入、人工晶狀體植入、在眼睛周圍的植入物來治療視網膜脫離，但這裡我們研究的是黃斑區的生物工程。這是令人難以置信的想法。在那個區域有數以億計的神經元。它是如此的緻密和如此敏感，只由光觸發。我們如何在不破壞黃斑組織的前提下，設計出這種非常精緻的設備？底線是安全。另一方面，人體是一個溫熱鹽水環境，即可能是最具腐蝕性的環境。所以黃斑組織的安全性和設備的安全性都是問題。但是最難克服的挑戰是來自眼睛到大腦的代碼。患者長期沒有視力，往往無法準確地指導我們的預後。因此我們使用了集合性人工神經網路。

Humayun教授表示，接下來的Argus III的進展將圍繞軟體的發展——數字變焦、彩色視覺、邊緣增強、感興趣區域識別（例如人臉識別）。還有許多需要去進一步需要做的軟體改進，革新性的升級、開發高像素、更高解析度的設備。

超越Argus

隨著對視網膜色素變性治療的成功，其他的眼部疾病是否也同樣可以通過球內植入物來得到獲益？

Humayun教授認為，任何導致視網膜損傷的疾病都可以得到獲益。目前只有遺傳性視網膜疾病、視網膜色素變性被獲批可以進行治療，但是可以植入Argus使用不同的電極數組，「獵戶座」工程已經開始——把植入物移植在大腦的視覺中樞。同樣的相機，同一台計算機晶元技術。視覺傳導至視覺中樞，傳出通路應答產生問題，導致視力丟失，以此由於青光眼或其他視神經受損的患者，「獵戶座」工程通過在大腦界面的工作會讓這類患者受益。此外，Humayun教授和他的團隊一直在研究另一種恢復視力的方法。「這是另一個令人興奮的領域，在黃斑的生物工程方面再次得到突破。在黃斑變性的情況下，光感受器仍然存在，但缺乏RPE層。我們在一個可摺疊的支架上開發了一種幹細胞衍生的RPE植入物，我們通過一個微切口將植入五放在視網膜下面。如果這些細胞被做成注射懸浮液，它們並不會產生很大的作用。當它們被置入一個良好的有序的層時，它們會產生巨大的作用。我們已經讓患者獲得了15個字母的視力提高。他們可以獲得有效的中心視力，在術前只有在周邊視覺(偏心固定)。這是FDA批准的IIa研究，我們獲得了很好的療效。移植手術大約需要兩個月的時間，在那之後，視力開始好轉。如果繼續進行，那就有望可以恢復中央閱讀的視覺，顏色和高解析度的視覺。但我們正拭目以待。我們有5個患者，並且對結果很期待。因此，如果病變視網膜仍然功能殘存，那麼就可以使用由幹細胞衍生的細胞組成的工程支架來完成。但如果視網膜嚴重受損，那麼需要繞過它，轉而使用生物電子植入物來進行治療。」

中美之間的技術合作

中美兩國在醫學研究領域的合作成果越來越多，對患者也有益處，Humayun教授也認為，兩國在眼科研究領域的合作將繼續保持積極的態勢。「我去過中國很多次。我和中國的醫生有著非常密切的專業交流。我們已經培訓了很多醫生。中國一直以開放的態度歡迎我，我也很喜歡在中國工作。中國的醫生有很聰慧睿智的頭腦。在中國，在基礎設施方面，做得比在美國做得要快得多。在那裡工作和開發技術是很有樂趣的。我們在中國食品藥品監督管理局獲得了更多的經驗，他們對這類新技術的審批越來越寬鬆。我對中美關係和合作感到非常愉快。」

（來源：《國際眼科時訊》編輯部）

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