1 、臨床背景
1.1 流行病學(xué)
2021年AAO近視工作組（the Task Force on Myopia）總結(jié)的近視流行病學(xué)研究表明，近視（≥-0.50D）的患病率將從2020年占全球人口的22.9%增加到2050的49.8%；到2050年，近50億近視人口中，約有10億人為高度近視。在亞洲，病理性近視是年齡相關(guān)性失明的主要原因，是前三位致盲眼病。
我國更是近視的高發(fā)國家，近年來近視患病率不斷攀升且發(fā)病人群逐漸低齡化，青少年近視患病率預(yù)計(jì)在2050年達(dá)到84%。我國是病理性近視的高發(fā)區(qū)，北京眼病研究數(shù)據(jù)表明，我國病理性近視的患病率約為3%，已成為僅次于白內(nèi)障的第二位致盲性眼病，同時也是人群中第二常見的引起低視力的病因。由于環(huán)境和生活方式的改變，我國病理性近視患病人群也相應(yīng)逐漸年輕化的趨勢。
1.2 臨床意義
眾所周知，青光眼和白內(nèi)障與近視呈正相關(guān)。眼病病例對照研究組表明，與非近視眼相比，屈光不正為 -1.00 D 至 -3.00 D 的眼睛和屈光不正大于 -3.00 D 的眼睛發(fā)生特發(fā)性孔源性視網(wǎng)膜脫離的風(fēng)險分別高出4倍和10倍。病理性近視、退行性近視和近視性黃斑病變等術(shù)語描述了影響脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜萎縮的病癥，這些病癥基本上都是由眼球或眼軸延長引起的。高度近視患者可能發(fā)生后鞏膜葡萄腫、脈絡(luò)膜萎縮、脈絡(luò)膜新生血管、視網(wǎng)膜周圍變性及視網(wǎng)膜脫離等眼部結(jié)構(gòu)的病理性改變,常常影響視覺質(zhì)量，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致失明。
1.3 社會經(jīng)濟(jì)影響
在全球范圍內(nèi)，未矯正近視導(dǎo)致的視力障礙估計(jì)會導(dǎo)致價值 2440 億美元的生產(chǎn)力損失，近視性黃斑病變導(dǎo)致的失明會導(dǎo)致價值 60 億美元的生產(chǎn)力損失。
2 、治療現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)
2.1 現(xiàn)狀
現(xiàn)有的近視矯正方案，比如框架眼鏡、角膜塑形鏡、LASIK、ICL和角膜屈光手術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)矯正對進(jìn)行性高度近視無法有效治療。雖然這些傳統(tǒng)治療方法可以矯正屈光不正，但盡管采取了這些干預(yù)措施，進(jìn)行性高度近視仍經(jīng)常進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致許多患者出現(xiàn)病理癥狀。這些病理癥狀通常包括嚴(yán)重的眼部變形以及視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜和鞏膜的改變，導(dǎo)致視野缺損。隨著病理性近視的進(jìn)展，這些患者失明的風(fēng)險顯著增加。
目前，無論藥物還是手術(shù)，對于近視黃斑病變引起的晚期視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜萎縮尚無有效的治療方法。因此，在眼軸過度伸長發(fā)生之前及早預(yù)防近視的發(fā)展至關(guān)重要。
當(dāng)前針對病理性近視的治療研究方向包括后鞏膜加固術(shù)、膠原交聯(lián)術(shù)、生長因子抑制劑等。研究認(rèn)為，高度近視的發(fā)病是由多種混雜機(jī)制共同導(dǎo)致，而其中鞏膜生物力學(xué)減弱導(dǎo)致的眼軸進(jìn)行性增長起到了重要作用。鞏膜重塑是眼軸異常增長的核心機(jī)制。鑒于鞏膜生物力學(xué)性能在病理性近視和眼軸增長中的重要作用， 學(xué)術(shù)界不斷探索能夠提高鞏膜組織生物力學(xué)強(qiáng)度的有效方法。
目前考慮使用兩種主要方法來治療進(jìn)行性高度近視。第一種是后鞏膜交聯(lián)，這是一種使用藥物和光來強(qiáng)化鞏膜并控制眼軸生長的化學(xué)方法。該技術(shù)在動物研究（離焦性近視豚鼠與恒河猴）中已顯示出有希望的結(jié)果，能有效增強(qiáng)后鞏膜的強(qiáng)度。第二種方法是黃斑外加壓手術(shù)。后鞏膜加固手術(shù)（PSR）、黃斑扣帶手術(shù)（MB）、后鞏膜扣帶手術(shù)、后鞏膜收縮手術(shù)等手術(shù)方式的共同特征是使用物理方法給黃斑區(qū)鞏膜施加向內(nèi)的壓力。后鞏膜加固（PSR）手術(shù)是目前控制近視進(jìn)展最常用的手術(shù)，即使用各種材料加固后鞏膜。
2.2 挑戰(zhàn)
進(jìn)行性高度近視的特點(diǎn)是玻璃體腔持續(xù)軸向延長和后膠原組織變薄，需要針對這些變化進(jìn)行治療。然而，當(dāng)前的手術(shù)方法面臨挑戰(zhàn)。
在后鞏膜交聯(lián)中，在手術(shù)過程中完全暴露后極鞏膜非常困難，常常將手術(shù)限制在赤道部鞏膜影響其療效，另外使用光在后極進(jìn)行膠原交聯(lián)的替代方法由于粘附不良和血流阻塞而效率低下。PSR 需要大量的術(shù)中暴露，增加了手術(shù)的復(fù)雜性和持續(xù)時間。此外，PSR的有效性取決于外科醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，缺乏精確的術(shù)中測量。
3、電子科技大學(xué)新研究成果
為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，2024年2月26日，「Nature Communications」（IF=16.6）發(fā)表了一篇來自我國電子科技大學(xué)薛欣宇教授團(tuán)隊(duì)、電子科技大學(xué)附屬醫(yī)院/四川省人民醫(yī)院眼科鐘捷教授團(tuán)隊(duì)以及香港城市大學(xué)機(jī)械工程系、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的共同研究成果「A wireless battery-free eye modulation patch for high myopia therapy」即「用于高度近視治療的無線無電池眼部調(diào)節(jié)貼片」。該研究受到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目、四川省干部健康研究項(xiàng)目、四川省中央政府資助指導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目和四川省放射腫瘤學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的支持。
本研究中，該醫(yī)-工研究團(tuán)隊(duì)提出了一種無線無電池眼部調(diào)節(jié)貼片，旨在矯正高度近視并防止復(fù)發(fā)。該貼片結(jié)合了鞏膜交聯(lián)和 PSR 的優(yōu)點(diǎn)，提供了無線控制、無電池的解決方案。它包括壓電換能器、電化學(xué)微執(zhí)行器、藥物微針陣列、μ-LED、柔性電路和生物相容性封裝，全部集成到緊湊的無線設(shè)計(jì)中。1）該系統(tǒng)可以使用外部超聲波進(jìn)行無線供電和控制；2）電化學(xué)微驅(qū)動器通過向內(nèi)驅(qū)動后鞏膜，在精確縮短眼軸長度方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用；3）藥物微針陣列將核黃素輸送到后鞏膜；4）μ-LED 的藍(lán)光誘導(dǎo)膠原蛋白交聯(lián)，增強(qiáng)鞏膜強(qiáng)度。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該貼片成功地將兔眼的眼軸長度縮短了約 1217 μm，并將鞏膜強(qiáng)度增加了 387%。該系統(tǒng)無需電池即可在體內(nèi)有效運(yùn)行。該研究表明該貼片為臨床治療高度近視提供了一條有前途的途徑。
4、設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)
以下圖1d描述了眼貼片的結(jié)構(gòu)組成。它包括壓電傳感器、電化學(xué)微致動器、藥物微針陣列、μ-LED、柔性電路和生物兼容封裝。
3個高靈敏度的鉛鋯鈦（PZT）壓電傳感器，每個直徑約為3毫米，厚度為1毫米，作為超聲能量轉(zhuǎn)換器和無線控制單元。
柔性電路板上采用了兩個中心對稱排列的紅色μ-LED（650×350×400微米）用于手術(shù)過程中的光學(xué)定位。
電化學(xué)微致動器由一個透明的溶液儲液器制成（用聚二甲基硅氧烷/聚苯乙烯-丁二烯-聚苯乙烯膜密封；半徑：7.4毫米；厚度：約440微米）。
柔性微制造電路連接和管理所有單元，而位于腿尖的兩個指示μ-LED指示貼片的工作狀態(tài)。柔性和透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）層封裝了整個系統(tǒng)。
完全集成的系統(tǒng)如圖1e所示，光學(xué)照片顯示了整體尺寸。整個系統(tǒng)的重量僅為0.41克。貼片的尺寸（厚度為4毫米，兩個腿之間距離為19毫米）專門設(shè)計(jì)用于在兔眼后極的鞏膜區(qū)域輕松植入。這個集成系統(tǒng)的緊湊和輕量設(shè)計(jì)使得即使在小動物（如兔子）身上也能輕松植入。
貼片的安裝位置如下圖1a所示，突出顯示了眼球的子午線和赤道的交點(diǎn)，分別稱為眼球的前極和后極。而本研究主要關(guān)注兩極之間的距離，即眼球的軸長。為了將貼片固定在后鞏膜上并與眼球赤道平行，中間包括一個凹陷以防止與視神經(jīng)接觸。貼片位于視神經(jīng)相鄰處，對應(yīng)于黃斑，并使用三個被縫合在位的腿尖固定在鞏膜上?；诔暡ǖ南到y(tǒng)促進(jìn)了電能的無線轉(zhuǎn)換，用于治療高度近視。設(shè)計(jì)精密的貼片集成了三個高靈敏度的鉛鋯鈦（PZT）壓電傳感器：PZT 1、PZT 2和PZT 3。PZT 1系統(tǒng)在植入手術(shù)期間作為定位輔助工具，而PZT 2系統(tǒng)則使眼軸長度的調(diào)整成為可能，這是解決高度近視的重要因素。它采用了一個巧妙的配置，包括一個交錯的電極和一個離子溶液，允許對眼睛的AXL進(jìn)行受控調(diào)整。通過在密封的儲液器內(nèi)引發(fā)電解反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致附著的薄膜膨脹。這種膨脹有效地縮短了眼球的AXL，有助于在視網(wǎng)膜上形成正確的圖像。
這些組件的相互作用如圖1b所示。高度近視患者通常表現(xiàn)出鞏膜強(qiáng)度減弱，需要額外的干預(yù)措施。PZT 3系統(tǒng)通過光誘導(dǎo)的SCXL在加固鞏膜組織中起著至關(guān)重要的作用。藥物微針陣列快速且均勻地將核黃素輸送到鞏膜組織中。
如下圖1c所示，與此同時三個藍(lán)色μ-LED誘導(dǎo)SCXL。這個過程顯著增強(qiáng)了鞏膜的生物力學(xué)性能，減輕了術(shù)后并發(fā)癥，如后鞏膜和視網(wǎng)膜脫離。通過結(jié)合PZT 1、PZT 2和PZT 3系統(tǒng)的功能，該系統(tǒng)提供了一種綜合治療高度近視的方法，解決了眼睛的AXL調(diào)整和后鞏膜加固兩個方面的問題。
5、創(chuàng)新優(yōu)勢及后續(xù)研究
該研究重點(diǎn)關(guān)注三個關(guān)鍵領(lǐng)域：無線超聲調(diào)制、高度近視治療和鞏膜核黃素微針?biāo)幬锞忈?。與傳統(tǒng)眼科手術(shù)相比，眼部調(diào)制貼片的無線超聲控制具有多種優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，易于植入；該設(shè)備利用無線供電，無需內(nèi)置使用笨重的有毒電池，方便外部復(fù)雜的治療步驟并簡化手術(shù)；具有靈活、創(chuàng)新的微型泵，可調(diào)節(jié)眼軸長度 (AXL)，該泵高效且與柔性材料兼容；該裝置還包括用于后鞏膜加固的藥物遞送系統(tǒng)，降低手術(shù)復(fù)雜性并提高藥物遞送效率；尤其是作為侵入性較小的體外操作治療優(yōu)勢，減少了術(shù)中暴露的需要，縮短了手術(shù)時間，并簡化了整體治療。該技術(shù)通過超聲波實(shí)現(xiàn)精確的 AXL 調(diào)節(jié)和 SCXL 性能，提高治療準(zhǔn)確性并減少重復(fù)手術(shù)的需要。該研究在兔眼中實(shí)現(xiàn)了約 1.217 毫米的平均眼軸長度調(diào)整，這可能意味著人類近視得到顯著矯正（約 2.5 D）。另外其他現(xiàn)有方案盡管矯正了屈光不正，但由于鞏膜變薄和延伸，近視仍可能復(fù)發(fā)，而該創(chuàng)新方法結(jié)合了核黃素微針/藍(lán)色 μ-LED 治療進(jìn)行鞏膜交聯(lián)，使鞏膜強(qiáng)度顯著增加約 387%。
然而，由于研究樣本量較小，且術(shù)后 22 天觀察期相對較短，這意味著長期結(jié)果和潛在并發(fā)癥尚未完全了解。因此，需要進(jìn)一步研究和長期觀察來全面評估治療的長期安全性和有效性。
6、結(jié)語
綜上，本研究開發(fā)了一種多功能治療貼片來解決傳統(tǒng)高度近視治療的局限性。目前兔子體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明了該貼片的臨床潛力，所取得的有希望的初步結(jié)果為未來的人類應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究提供了寶貴的指導(dǎo)，并為未來更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化貼片治療奠定了基礎(chǔ)。
該技術(shù)具有預(yù)防和治療功效，特別是通過控制眼軸伸長和鞏膜松弛來控制進(jìn)行性和病理性近視。它提供了一種主動策略來降低與高度近視相關(guān)的嚴(yán)重眼部病變的風(fēng)險。對于無眼底病變的進(jìn)行性高度近視患者，可使用貼片進(jìn)行鞏膜膠原交聯(lián)后去除，增強(qiáng)后鞏膜強(qiáng)度，防止眼軸進(jìn)一步伸長和病理改變；對于已確診的病理性近視，該貼片在治療后仍保留在原位，為后眼提供長期支撐，并作為后鞏膜加固的一種形式，以阻止進(jìn)一步惡化。這種多功能貼片引入了治療和預(yù)防高度近視的有效方法，有可能降低與眼軸伸長相關(guān)的嚴(yán)重眼部并發(fā)癥的風(fēng)險。
病理性近視的防治手段有限是當(dāng)下一個不容忽視的現(xiàn)實(shí)，是巨大的未滿足臨床需求。為了解決這一問題，還需要不斷創(chuàng)新，提高科技成果的轉(zhuǎn)化率。只有通過持續(xù)地改進(jìn)和推動科技進(jìn)步，才能使更多的先進(jìn)技術(shù)真正造福于高度近視患者，為病理性近視的防治開辟更多的可能性。期待本文的研究接下來能有更進(jìn)一步的進(jìn)展。
本文參考：
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