人工視網(wǎng)膜進展 醫(yī)學課件

1、??人工視網(wǎng)膜進展??各種視網(wǎng)膜變性，包括年齡相關性黃斑變性是一組嚴重的致盲眼病。近年來，國內(nèi)外學者對其做了深入研究，但目前尚無有效治療方法。??發(fā)達國家大約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)病機理，尋找有效的治療方法，是眼科界亟待解決的問題。??目前，對于視網(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）。??由于器械的進步在眼科領域眼球內(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)取自對人眼無排斥反應的自身虹膜色素上皮細胞并將其移植至視網(wǎng)膜下的方法。??雖然上述視網(wǎng)膜移植實驗正取得相當程度的進展但在諸方面還有很大困難:移植技術移植細胞的生物學功能??移植的視網(wǎng)膜色素上皮(R

3、PE)細胞附著及重新貼附到玻璃膜上如何解決免疫排斥反應移植視網(wǎng)膜在與中樞神經(jīng)結合等。??基因技術的導入也正在研究之中。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)膜的研究也正在進行人工視網(wǎng)膜應用于視網(wǎng)膜色素變性等因視細胞變性無法識別光線狀態(tài)時。??用電子裝置將光變換成電信號將電信號送至視網(wǎng)膜雙極細胞或視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞使之興奮傳導沖動到大腦，使腦識別光線進而識別圖像。??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)膜結構和功能，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)細胞、內(nèi)核層細胞及雙極細胞等。從而使視網(wǎng)膜電刺激產(chǎn)生視覺信號成為可能。??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。每個微光電二極管20?20微米大小，由3500—7600個微光電二極管陣列構成直徑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)生一個局部神經(jīng)上皮與色素上皮之間的分離，然后做一個小的視網(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定植入的部位先做一個鞏膜瓣，做0.51.0毫米小切口穿過鞏膜和脈絡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。??微光電二極管可對光產(chǎn)生反應并產(chǎn)生電流脈沖，刺激雙極

6、細胞神經(jīng)節(jié)細胞和其他神經(jīng)細胞網(wǎng)絡結構，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：植入操作較容易；易于長期固定；構造簡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處理和傳導功能的視網(wǎng)膜內(nèi)層神經(jīng)細胞軸突網(wǎng)絡，感知的視覺圖象較為準確；眼球運動仍可用于定位。??視網(wǎng)膜上電極缺點：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個月，視網(wǎng)膜外核層，神經(jīng)節(jié)細胞及神經(jīng)纖維變薄，但視網(wǎng)膜內(nèi)層結

7、構保持完整。??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）驗證其在家兔、鼠、豬等動物上的有效性。??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)膜玻璃體手術將硅制

8、頭端電極刺激器用電化學纖維膠或視網(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：是直接刺激神經(jīng)節(jié)細胞；不需殘留的內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)連接網(wǎng)絡和感光細胞；不需要透明的曲光間質(zhì)；眼外裝置可調(diào)節(jié)眼內(nèi)電信號的刺激參數(shù)強弱；電活動時產(chǎn)生的熱量可通過玻璃體散發(fā)，從而減少熱對視網(wǎng)膜的損傷。??視網(wǎng)膜前電極法缺點：植入和固定方法較難；因為視網(wǎng)膜很脆弱以至這種聯(lián)系不穩(wěn)定，在波士頓，另

9、一個組織介紹了一種可膨脹的人工視網(wǎng)膜，它可解決此領域的難題。當無膨脹時，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：此時必須存在殘存神經(jīng)節(jié)細胞及神經(jīng)節(jié)細胞纖維；可能引起玻璃體視網(wǎng)膜增殖；另外電極芯片對神經(jīng)節(jié)細胞刺激的準確定位較為困難，缺乏選擇性；需要復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驗。Majji和Walter等研究發(fā)現(xiàn)，植入視網(wǎng)膜前芯片后2個月及6個月，電生理未見異常，局部視網(wǎng)

10、膜組織學檢查未見異常，僅見局部色素細胞增殖。??視神經(jīng)電極最近一個布魯塞爾的科學家試著把電極放到眼外的視神經(jīng)，通過外置設備采集和處理信息，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，更復雜也不可預測。??Nmann等于2001年報道用100根極細的電極刺激皮質(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)膜在臨床上的應用??2001年，作為FDA認可的安全和可行性研究的一部分，芝加哥3個患進行視網(wǎng)膜色素變性的病人接受2mm直徑的人工硅視網(wǎng)膜移植。??此手術花了23個小時。觀察4個多月，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)出相當規(guī)模的用許多微solar細胞做成的硒微芯片，它們被放入3個盲人的視網(wǎng)膜上。??Humayun等于1996年和1999年共對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行了視網(wǎng)膜前微光電二極管陣列植入術，結果發(fā)現(xiàn)14例患者術后能分辨不同的形狀，4例能描述出光點的空間位置及光點的大小，形態(tài)及顏色。??Chow等對6例視網(wǎng)膜色素變性的患者進行了視網(wǎng)膜前微光電二極管陣列植入術，術后觀察68個月無明顯組織反應，并且均有不同程度的視力提高。??華裔周業(yè)鈞領導的小組2000年對6名視網(wǎng)膜色素病變而失明的病人進行了他協(xié)助發(fā)明的人工硅片視網(wǎng)膜下腔移植術。術后追蹤21

13、個月，6名病人的視力都有顯著改善，甚至能辨認眼前人的容貌。而且都沒有出現(xiàn)排斥或感染跡象。周業(yè)鈞設在伊利諾州的光學仿生學公司正發(fā)展這種人工視網(wǎng)膜。??對人工視網(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，因為它有在光感受器功能丟失后存儲光感受器的功能。??這個研究有使人追隨的吸引力，現(xiàn)在國外由許多不同的實驗室分頭承擔。??在這個領域里有眾多的問題亟

14、待解決：1.是否一個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???在遠離視網(wǎng)膜的視神經(jīng)處或在遠離視網(wǎng)膜的大腦處。所有的方法正在試驗當中。??另一個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)修復術研究中心的科學家發(fā)明了硅酮塑膠可能解決問題.??目前為止微芯片修復術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。??實驗策略應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胞及其它神經(jīng)細胞的溝通。??以上尚都處于實驗階段。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、芯片結構的改進、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)生對整個圖象的感知及其程度、眼內(nèi)植入是否對周邊視力產(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、動物實驗效果的判定法、人工視網(wǎng)膜在與中樞神經(jīng)結合、如何編碼電訊號，形成物體形狀、方位、運動、顏色等綜合的視覺信息、再現(xiàn)復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步，人工視網(wǎng)膜植入后至少可以使盲人得到一個分辨率差而缺乏色彩的視功能。