Argus Argus视网膜假体的研发及应用

编者按:南加州大学罗斯基眼科研究所的马克·胡马云教授研究开发了治疗神经退行性疾病的生物医学工程技术，并共同发明了阿格斯ⅱ型视网膜假体，这是一种帮助遗传性视网膜色素变性患者的视网膜植入物。《国际眼科新闻》有幸在2018年ARVO大会上与胡马云教授探讨了Argus和视网膜假体的进展。

2016年，美国总统巴拉克·奥巴马授予胡马云教授国家技术和创新奖章，以表彰他的工作。他说:“我很荣幸在美国得到认可。”这项荣誉不仅属于眼科，也属于医学，也属于相关工程技术领域的努力。当我第一次听说它时，我认为这可能是一个错误的奖项，因为以前的获奖者包括史蒂夫·乔布斯和比尔·盖茨。奥巴马总统离得如此之近，以至于他立即理解了这项技术。这是一次很棒的经历。"

2002年，胡马云教授在世界上首次植入了第一个Argus I装置，随后在2007年植入了第一个Argus II植入物。FDA在2013年批准了该设备。他解释说:“Argus II是一种植入在视网膜上的装置，它可以将生物电子植入眼球及其周围，使视网膜失明、感光细胞丧失、遗传性视网膜变性导致的失明患者恢复视力。”Argus相当于一个摄像头，可以捕捉图像，无线发送到植入体，然后通过复杂的软件代码开始失明。Argus II是第二代产品。在第一代Argus中，只有6个植入物是通过长期手术植入患者眼睛的。虽然Argus II植入仍然是一个漫长的手术，但现在可以由训练有素的视网膜医生独立完成。已在欧洲、加拿大、美国、中东、亚太、俄罗斯获批。目前，世界上有350多种植入物。

在技术应用中遇到了什么困难

胡马云教授说:“这是一个昂贵的设备，大约14.5万美元。”部分财政负担既棘手又困难，尤其是在美国以外。除了价格困难，现在的挑战是如何进一步改进设备。目前，它可以帮助完全失明的人在没有帮助的情况下移动。患者可以分辨出大物体在哪里，比如感觉门的位置。他们能读大单词。但是为了进一步提高，他们需要能够阅读更小的字体或区分颜色。这些就是我们现在正在做的事情。

除了技术和临床方面的挑战，国际眼科新闻还询问这项技术是否存在伦理问题。胡马云教授说:“我看不出有什么问题，但是在听障人群中，反对人工耳蜗植入是有原因的，这意味着人们不用学习手语，所以更难融入听障人群。”我觉得视力受损的人不会这样。病人不会因为使用植入物而失去一项技能。我觉得不存在道德问题。这纯粹是一种恢复感官的技术。“胡马云教授解释说，我们必须依靠视网膜假体植入来了解他们的视力是如何恢复的，并讲述了病人的经历。”一开始，当被问及看到了什么时，患者展示了大脑神经的可塑性过程，结果相当惊人。“起初，他们看到一个光点，就像一张像素化的照片。然后，几周后，他们开始看到图形。大脑可以将光点组织成形状和图片。这可能是视网膜的反应，但我们倾向于认为这种变化是大脑的可塑性造成的。我们都有视神经连接导致的生理盲点，但我们并没有感觉到盲点的存在。我们知道，视觉系统，包括大脑，由于其可塑性，具有适应接受者信号变化的能力。

致力于恢复患者视力的初衷

“对我来说，这是我的个人故事，”他回答道。“我读医学院的时候，我奶奶因为糖尿病失明。它改变了我不得不做的事情。我曾经想成为一名神经外科医生，突然意识到视力的重要性。我和她一起经历了这一切，让我专注于这个领域。我意识到现有的药物和手术技术是不够的。我们需要生物工程设备来帮助恢复视力。于是我进入了眼科领域，然后进入了工程领域，为了恢复盲人的视力。胡马云教授向我们描述，他第一次觉得自己达到了目的:“其实是在一个动物模型里。我们可以检测到来自视觉皮层和视网膜的信号，但我们真的无法分辨动物能看到什么。所以人们很难相信我们。真正的突破时刻出现在手术室。当时我们没有植入物或其他设备，但我们有微电极，它们被放在一个完全失明的病人的眼睛里，并连接到一台计算机上。这个人已经失明50年了。那是我职业生涯中最快乐的一天，他回复说他能看到我们努力创造的闪光点。太神奇了。一个失明50年的病人，在20分钟的手术过程中，我们让他看到了一个亮点。虽然只是一个光点。但这是一个起点，它增强了我的信心，我必须坚持做下去，以恢复盲人的视力。无论有多难，我都不能放弃。这个很难。制造植入装置极其困难。那时，我们可以植入髋关节、人工晶状体和眼周植入物来治疗视网膜脱离，但这里我们正在研究黄斑区的生物工程。这是一个不可思议的想法。那个区域有上亿个神经元。它密度大，灵敏度高，只有光才能触发。怎样才能设计出这种精致的设备而不损伤黄斑组织？底线是安全。另一方面，人体是一个温暖的盐水环境，这大概是腐蚀性最强的环境。所以黄斑组织的安全性和设备的安全性都是问题。但最困难的挑战是从眼睛到大脑的代码。患者长期没有视力，往往不能准确指导我们的预后。因此，我们使用集成人工神经网络。

胡马云教授表示，Argus III的下一步进展将集中在软件的开发上——数字变焦、彩色视觉、边缘增强、感兴趣区域识别。还有许多进一步的软件改进、创新升级和高像素、高分辨率设备的开发。

超越阿格斯

视网膜色素变性治疗成功，其他眼病也能从眼内植入获益吗？

胡马云教授认为，任何导致视网膜损伤的疾病都可以受益。目前只有遗传性视网膜疾病和色素性视网膜炎获准治疗，但Argus可以植入不同的电极阵列。猎户座计划已经开始——将植入物移植到大脑的视觉中心。同样的摄像头，同样的电脑芯片技术。视觉传递到视觉中枢，传出通路反应有问题，导致视力下降。由于青光眼或其他视神经损伤的患者，“猎户座”项目将通过在大脑界面工作使这些患者受益。此外，胡马云教授和他的团队一直在研究另一种恢复视力的方法。“这是另一个令人兴奋的领域，黄斑生物工程取得了突破。在黄斑变性的情况下，光感受器仍然存在，但缺乏视网膜色素上皮层。我们在可折叠支架上开发了一种干细胞衍生的视网膜色素上皮植入物。我们通过微切口将植入物5放置在视网膜下。如果将这些细胞制成可注射的混悬液，不会有太大效果。当它们被放置在一个有序的层中时，它们会有很大的效果。我们给病人的视力提高了15个字母。他们可以获得有效的中心视力，术前只有周边视力。这是FDA批准的IIa研究，我们取得了很好的效果。移植花了两个月左右，之后视力开始好转。如果继续下去，有望恢复中心阅读、色彩和高分辨率视觉的视觉。但我们拭目以待。我们有五个病人，正在期待结果。因此，如果患病视网膜的功能保持不变，可以通过使用由干细胞衍生的细胞组成的工程支架来完成。但如果视网膜严重受损，就需要绕过它，使用生物电子植入体进行治疗。”

中美技术合作

中美在医学研究领域的合作成果越来越多，对患者也是有利的。胡马云教授还认为，两国在眼科研究领域的合作将继续保持积极趋势。“我去过中国很多次。我和中国医生有非常密切的专业交流。我们已经培训了许多医生。中国一直以开放的态度欢迎我，我非常喜欢在中国工作。中国医生的头脑非常聪明。在中国，就基础设施而言，它比美国做得快得多。在那里工作和发展技术很有趣。我们在中国食品药品监督管理局获得了更多的经验，他们对这种新技术的批准越来越宽松。我对中美关系和合作感到非常高兴。”

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