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視網膜晶片未來可以幫助全盲病人重見光明
貼出者為 TerryYeh 於Tuesday, April 06 @ 03:28:26 CST
<<工研院歐洲辦事處簡慧卿>>

眼睛不僅是靈魂之窗,它也是一個非常複雜的人體器官,當影像通過角膜、水晶體之後、會在視網膜上倒立成像,這個倒立的影像會經由13億個光感應細胞轉化為電子或化學訊號,然後由視網膜上120萬個神經節細胞傳送到視神經,再由視神經將視覺訊號經由側膝核(lateral geniculate nucleus)送到大腦的視皮質,這樣才算「看到」一個影像。任何一個環節出了問題無法傳送或接收訊號,都將造成「失明」的結果。有些失明的病人透過角膜移植就可以重建光明,但是一些病人眼睛的病變,例如視網膜色素變性(retinitis pigmentosa)所造成的失明,目前醫界仍束手無策。


近年由於生物機電、外科手術等技術的進步,現在透過醫學、生物、微機電、材料等科學的跨科技合作,發展出所謂的視網膜晶片,將一個直徑僅3mm的晶片植入病人的視網膜,希望能讓全盲的病人重見光明。目前視網膜晶片技術可分為兩類:網膜下移植(Subretinal Implants)與網膜上移植(Epiretinal Implants),他們的晶片移植位置請見下圖(紅色線條所指位置),下一節則分別敘述這兩種不同的概念與方法。


網膜上移植(Epiretinal Implants)


研究網膜上移植的技術目前有位於德國波昂大學的R. Eckmiller團隊、美國約翰霍普金斯醫院的Mark S. Humayun團隊、麻省理工學院與哈佛大學共同合作的研究團隊、底特律的Abrams研究團隊及日本大阪的Tano研究團隊。


網膜上移植技術需要一個類似相機的小型視野偵測器,這個偵測器可以裝載在眼睛外部(例如放在眼鏡上)或眼睛內部的人工水晶體上,它將視覺訊號透過掛在病人腰間的訊號處理器處理之後,以無線傳輸的方式傳送到移植在網膜前端的晶片上,晶片上的電極陣列會將訊號直接送到神經節細胞的神經元,再由視神經繼續傳送到大腦的視皮質形成影像。除了研發上述配備之外,研究團隊也陸續開發適用於網膜上晶片移植的外科手術,也將視覺刺激所需的電流強度等變數加以定義,且在貓等動物身上試驗網膜上移植的長期穩定性與生物相容性;2003年秋天位於德國的IIP-Technologies 公司甚至開始進行人體試驗。


網膜下移植(Subretinal Implants)


這個概念來自一位華裔醫生Alan Chow和他有機電工程背景的兄弟Vincent Chow,目前以這個概念為根基的網膜晶片研究團隊主要是美國芝加哥大學醫學中心的Alan Chow團隊,與德國Tubingen大學的Eberhart Zrenner團隊。


網膜下移植技術是發展一個直徑2-3mm、厚度約50-100μm大小的晶片,晶片上配備數百至數千個對光敏感的微型光二極體,這些微型光二極體是由金或氮化鈦(TiN)作成的微電極以陣列方式排列而成,影像所投射過來的光會經由微型光二極體上的微電極轉換為很微小的電流,這微小的電流將投射在視網膜的神經元(neurons)上,之後視網膜內不同的細胞會繼續將訊號傳達給視神經,視神經再將訊號傳達到視皮質。


在對小鼠、豬等動物進行活體試驗時發現,每個電極大約只需要0.4 nanoCoulombs (nC) (約等於10μ?的電流強度)就可以刺激網膜的神經元;而在微電極的表面塗覆醣蛋白(glycoproteins)則可加強晶片的生物相容性,晶片移植的外科手術可以透過玻璃體(ab interno)與鞏膜切開(ab externo)兩種方式將晶片植入。芝加哥的研究團隊已經將晶片植入人體進行臨床試驗,德國Tubingen大學的研究團隊也正在招募合適的盲人進行臨床試驗。雖然上述兩種網膜晶片移植技術都已經進入或接近人體臨床試驗階段,但是何時可以真正商品化上市,目前任何一方都沒有十全的把握。


上述兩種網膜晶片移植技術各有優缺點:網膜上移植不透過視網膜的網絡傳輸視覺訊號,所以必須額外提供偵測器與視覺訊號處理器,不過正因為如此,視覺訊號可以透過人為由外部加以控制;網膜下移植的微型光二極體其實就是取代原來壞死的光感應細胞,影像所投射的光直接進入眼睛,所以不需要另外準備類似相機的影像偵測器或影像處理器,視網膜上完好的神經網絡仍然可以用來傳輸電子訊號,同時外科手術時在網膜下固定晶片比在網膜上容易。


這些跨科技的科學家努力研發新的產品與技術來幫助盲人重見光明,不過目前的技術與努力的重點也真的只能讓盲人重見「光明」,「色彩」的接收按目前的技術發展可能還需要一段很長的時間。儘管如此,倘若視網膜晶片移植技術真的成功,理論上盲人雖然還是只能看到模糊的光影,但是至少他可以看到事物模糊的輪廓,就可以不借他人或導盲犬幫助而能夠自己行動了。

轉載自 生醫知識網