發(fā)布日期：2018-06-04
飛秒激光近視手術(shù)雖然立竿見影，但其潛在的風(fēng)險令一些患者望而卻步。近來，哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家提出一種基于光化學(xué)原理的方法，可以在不做外科手術(shù)的情況下矯正近視患者的視力。其臨床實驗計劃將于年末開展。相關(guān)研究發(fā)表在《自然-光子學(xué)》期刊上。
在全世界范圍內(nèi)，近視問題愈加嚴(yán)重，已經(jīng)成為困擾人類的一大健康問題。由于現(xiàn)代社會中的兒童在戶外接受光照的時間逐漸減少，預(yù)計到2020年，全球約25億人將受近視困擾；到2050年，全世界將近一半的人都將是近視眼，而在2000年時，近視人口所占比例還只有1/4。近視問題在東亞地區(qū)尤為嚴(yán)重，現(xiàn)在中國90%的青少年都是近視患者。
目前，治療近視的一類主要手段是屈光手術(shù)。屈光手術(shù)能立竿見影且效果持久，但它也具有較高的風(fēng)險。作為一種侵入式外科手術(shù)，它可能會受一些手術(shù)之外的不穩(wěn)定因素影響。在罕見個例中，患者在術(shù)后出現(xiàn)了永久失明的現(xiàn)象。除此之外，基于激光技術(shù)的視力矯正手術(shù)，例如準(zhǔn)分子激光原位角膜磨鑲術(shù)（LASIK）與準(zhǔn)分子角膜切削術(shù)（PRK），仍然使用激光燒蝕技術(shù)來磨薄角膜，從而達到治療目的。這樣的手術(shù)有可能使角膜變得更脆弱。
在最新的《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上，哥倫比亞大學(xué)的Sinisa Vukelic開發(fā)出了一種非侵入性的方法來永久矯正近視患者的視力，這種方法在臨床前模型中表現(xiàn)出巨大的潛力。
Vukelic使用了一種叫飛秒振蕩器（1飛秒 = 10^-15秒）的技術(shù)，這種技術(shù)可以產(chǎn)生能量極低、振蕩頻率極高的激光，用來選擇性地改變角膜組織局部的生化和生物力學(xué)性質(zhì)。Vukelic開發(fā)的這種方法通過改變角膜組織的宏觀幾何特征來修正視力，激光在焦點區(qū)域產(chǎn)生低密度等離子體，但其能量不足以破壞治療區(qū)域的組織。因此，患者不需要外科手術(shù)，與角膜手術(shù)相比副作用和局限性也更小。例如，天生角膜較薄、干眼癥和其他眼部疾病的患者都不能接受角膜手術(shù)。這項研究有望完全治愈近視、遠(yuǎn)視、散光等眼部疾病。
“我們的研究應(yīng)該是首次將這種特殊激光用于非侵入性地改變角膜曲率，或治療其他臨床癥狀。”Vukelic說。他目前是哥倫比亞大學(xué)機械工程系的一名講師。
“在多照片成像中我們可以觀測到低密度等離子體，它通常被看作一種不希望存在的副作用，”Vukelic說，“我們現(xiàn)在將這種副作用變成提高角質(zhì)組織力學(xué)性能的一種新方法。”
接受治療前后的角膜形態(tài)（左），以及模擬的視覺效果變化（右）
Vukelic提出的方法的關(guān)鍵點在于，低密度等離子體的引入會導(dǎo)致角膜中水分子的電離。電離過程會產(chǎn)生活性氧簇（一種不穩(wěn)定的分子，很容易與細(xì)胞內(nèi)其他分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)），它們與角質(zhì)蛋白發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)鍵或化學(xué)交聯(lián)。
當(dāng)Vukelic將這種方法應(yīng)用于角膜時，引入的化學(xué)交聯(lián)在目標(biāo)處會改變角膜組織的性質(zhì)，最終導(dǎo)致整個角膜宏觀結(jié)構(gòu)的變化。這種療法的原理是將角膜內(nèi)的目標(biāo)分子電離，從而避免了對角膜組織的光學(xué)損傷。由于這是一個光化學(xué)過程，所以它不會造成組織紊亂，而且療效可以一直保持。
“如果我們謹(jǐn)慎地調(diào)整這些變化，就可以改變角膜的曲率，從而改變眼睛的屈光力，”Vukelic說，“這種療法與目前臨床上的主流飛秒激光療法完全不同，后者主要依賴對目標(biāo)組織的光學(xué)擊穿以及隨后形成的氣泡。”
“屈光手術(shù)已經(jīng)發(fā)展了若干年，雖然它現(xiàn)在已經(jīng)成為一項成熟的技術(shù)，近視治療領(lǐng)域仍然一直在尋找一種更為簡便、侵入性更低的替代方案，” 沒有參與這項研究的哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心副教授Leejee H。 Suh說，“Vukelic提出的革新性療法非常有前景。這很有可能是近視治療領(lǐng)域的一大突破，從而治愈更多的近視患者。”
Vukelic課題組計劃在年末啟動臨床試驗。他同時也在尋找通過激光輻射的函數(shù)預(yù)測角膜力學(xué)行為的方法，比如，用激光照射角膜的一個很小的圓形區(qū)域，這個函數(shù)將給出角膜將如何變形。如果研究者可以預(yù)測角膜的力學(xué)行為，那么他們就可以推出“個性化”的療法——掃描患者的角膜，然后使用Vukelic的算法來針對每一位患者設(shè)計療法。
“尤其令人激動的一點是，我們的方法不僅限于眼部治療，它也可以用于其他富含角質(zhì)的組織，”Vukelic補充道，“我們目前一直在和Gerard Ateshian教授的實驗室合作，試圖用這種方法治療骨關(guān)節(jié)炎。目前初步試驗結(jié)果非常好。我們認(rèn)為這種非侵入性的療法非常有潛力，它開啟了通往無損修復(fù)角質(zhì)組織的道路。”
來源 | 哥倫比亞大學(xué)
翻譯 | 李昌浩
審校 | 吳非
原始論文：
Femtosecond laser crosslinking of the cornea for non-invasive vision correction
來源：環(huán)球科學(xué)ScientificAmerican微信公眾號
