發(fā)布日期：2018-06-04
飛秒激光近視手術雖然立竿見影，但其潛在的風險令一些患者望而卻步。近來，哥倫比亞大學的科學家提出一種基于光化學原理的方法，可以在不做外科手術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。相關研究發(fā)表在《自然-光子學》期刊上。
在全世界范圍內，近視問題愈加嚴重，已經成為困擾人類的一大健康問題。由于現代社會中的兒童在戶外接受光照的時間逐漸減少，預計到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)尤為嚴重，現在中國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。屈光手術能立竿見影且效果持久，但它也具有較高的風險。作為一種侵入式外科手術，它可能會受一些手術之外的不穩(wěn)定因素影響。在罕見個例中，患者在術后出現了永久失明的現象。除此之外，基于激光技術的視力矯正手術，例如準分子激光原位角膜磨鑲術（LASIK）與準分子角膜切削術（PRK），仍然使用激光燒蝕技術來磨薄角膜，從而達到治療目的。這樣的手術有可能使角膜變得更脆弱。
在最新的《自然-光子學》（Nature Photonics）上，哥倫比亞大學的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，這種技術可以產生能量極低、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性質。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，與角膜手術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。這項研究有望完全治愈近視、遠視、散光等眼部疾病。
“我們的研究應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，“我們現在將這種副作用變成提高角質組織力學性能的一種新方法。”
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提出的方法的關鍵點在于，低密度等離子體的引入會導致角膜中水分子的電離。電離過程會產生活性氧簇（一種不穩(wěn)定的分子，很容易與細胞內其他分子發(fā)生化學反應），它們與角質蛋白發(fā)生反應，形成化學鍵或化學交聯。
當Vukelic將這種方法應用于角膜時，引入的化學交聯在目標處會改變角膜組織的性質，最終導致整個角膜宏觀結構的變化。這種療法的原理是將角膜內的目標分子電離，從而避免了對角膜組織的光學損傷。由于這是一個光化學過程，所以它不會造成組織紊亂，而且療效可以一直保持。
“如果我們謹慎地調整這些變化，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組織的光學擊穿以及隨后形成的氣泡。”
“屈光手術已經發(fā)展了若干年，雖然它現在已經成為一項成熟的技術，近視治療領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醫(yī)學中心副教授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預測角膜力學行為的方法，比如，用激光照射角膜的一個很小的圓形區(qū)域，這個函數將給出角膜將如何變形。如果研究者可以預測角膜的力學行為，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節(jié)炎。目前初步試驗結果非常好。我們認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角質組織的道路。”
來源 | 哥倫比亞大學
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ScientificAmerican微信公眾號
