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哥伦比亚大学发明一种新的近视矫正方法—— 无需做手术

文章来源: 中国制药网       发布时间:2018-06-04

用激光治疗近视手术,虽然立竿见影,但其存在潜在的风险。近日,哥伦比亚工程研究人员Sinisa Vukelic开发了一种新的非侵入性方法来永久矫正视力,在临床前模型中显示出巨大的前景。他的方法使用飞秒振荡器,这是一种超快激光器,以高重复率传输非常低能量的脉冲,用于选择性地和局部地改变角膜组织的生化和生物力学特性。这种改变组织宏观几何形状的技术是非手术性的,与屈光手术相比具有更少的副作用和限制。例如,角膜薄、眼睛干燥和其他异常的患者不能进行屈光手术。相关研究发表在《自然 - 光子学》期刊上。


哥伦比亚大学发明一种新的近视矫正方法—— 无需做手术


在全世界范围内,近视问题愈加严重,已经成为困扰人类的一大健康问题。由于现代社会中的儿童在户外接受光照的时间逐渐减少,预计到 2020 年,全球约 25 亿人将受近视困扰;到 2050 年,全世界将近一半的人都将是近视眼,而在 2000 年时,近视人口所占比例还只有 1 /4。近视问题在东亚地区尤为严重,现在中国 90% 的青少年都是近视患者。


目前,治疗近视的一类主要手段是屈光手术。屈光手术能立竿见影且效果持久,但它也具有较高的风险。作为一种侵入式外科手术,它可能会受一些手术之外的不稳定因素影响。在罕见个例中,患者在术后出现了永久失明的现象。除此之外,基于激光技术的视力矫正手术,例如准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)与准分子角膜切削术(PRK),仍然使用激光烧蚀技术来磨薄角膜,从而达到治疗目的。这样的手术有可能使角膜变得更脆弱。


在最新的《自然 - 光子学》(Nature Photonics)上,哥伦比亚大学的 Sinisa Vukelic 开发出了一种非侵入性的方法来永久矫正近视患者的视力,这种方法在临床前模型中表现出巨大的潜力。


Vukelic方法的关键部分是低密度等离子体的诱导引起角膜内水分子的电离。这种电离产生活性氧物质(一种不稳定的分子,它含有氧并且容易与细胞中的其它分子反应),然后与胶原原纤维相互作用形成化学键或交联。这些交联的选择性引入导致处理过的角膜组织的机械性质的改变。Vukelic 开发的这种方法通过改变角膜组织的宏观几何特征来修正视力,激光在焦点区域产生低密度等离子体,但其能量不足以破坏治疗区域的组织。因此,患者不需要外科手术,与角膜手术相比副作用和局限性也更小。例如,天生角膜较薄、干眼症和其他眼部疾病的患者都不能接受角膜手术。这项研究有望完全治愈近视、远视、散光等眼部疾病。


“我们的研究应该是首次将这种特殊激光用于非侵入性地改变角膜曲率,或治疗其他临床症状。”Vukelic 说。他目前是哥伦比亚大学机械工程系的一名讲师。


“在多照片成像中我们可以观测到低密度等离子体,它通常被看作一种不希望存在的副作用,”Vukelic 说,“我们现在将这种副作用变成提高角质组织力学性能的一种新方法。”



哥伦比亚大学发明一种新的近视矫正方法—— 无需做手术

                       

                                      接受治疗前后的角膜形态(左),以及模拟的视觉效果变化(右)


Vukelic 提出的方法的关键点在于,低密度等离子体的引入会导致角膜中水分子的电离。电离过程会产生活性氧簇(一种不稳定的分子,很容易与细胞内其他分子发生化学反应),它们与角质蛋白发生反应,形成化学键或化学交联。


当 Vukelic 将这种方法应用于角膜时,引入的化学交联在目标处会改变角膜组织的性质,最终导致整个角膜宏观结构的变化。这种疗法的原理是将角膜内的目标分子电离,从而避免了对角膜组织的光学损伤。由于这是一个光化学过程,所以它不会造成组织紊乱,而且疗效可以一直保持。


“如果我们谨慎地调整这些变化,就可以改变角膜的曲率,从而改变眼睛的屈光力,”Vukelic 说,“这种疗法与目前临床上的主流飞秒激光疗法完全不同,后者主要依赖对目标组织的光学击穿以及随后形成的气泡。”


哥伦比亚大学医学中心眼科副教授、米兰达王堂( Miranda Wong Tang )表示:“屈光手术已经存在多年,虽然它是一项成熟的技术,但长期以来,屈光手术领域一直在寻找一种可行的、侵入性较小的替代方法。”。“伍克立的下一代模式显示出巨大的希望。这可能是在治疗更大的全球人口和解决近视流行病方面的一个重大进展。”


vukelic的团队目前正在构建一个临床原型,并计划在今年年底前开始临床试验。他还在寻找一种方法来预测作为激光照射函数的角膜行为,例如,如果治疗小圆或椭圆,角膜可能如何变形。如果研究人员知道角膜的行为,他们将能够个性化治疗-他们可以扫描患者的角膜,然后使用Vukelic的算法进行患者特有的改变以改善他/她的视力。


“尤其令人激动的一点是,我们的方法不仅限于眼部治疗,它也可以用于其他富含角质的组织,”Vukelic 补充道,“我们目前一直在和 Gerard Ateshian 教授的实验室合作,试图用这种方法治疗骨关节炎。目前初步试验结果非常好。我们认为这种非侵入性的疗法非常有潜力,它开启了通往无损修复角质组织的道路。”


原始论文:


Femtosecond laser crosslinking of the cornea for non-invasive vision correction


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