我国眼科学和视觉科学领域生物工程研究现状和应对策略
我国眼科学和视觉科学领域生物工程研究现状和应对策略内容摘要：
专题研究 我国眼科学和视觉科学领域生物工程研究现状和应对策略 DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.02.017 我国眼科学和视觉科学领域生物工程 研究现状和应对策略 谢立信，周庆军，徐海峰，林萍 （山东省眼科研究所，山东青岛 266071） 摘要：我国现有盲人 1 200 多万，是世界上盲人数量最多的国家。寻找可用于恢复视功能的生物工程材料，尤其是使用干细 胞技术和生物芯片技术重建视功能已成为生物工程领域最有前景的研究方向。本文介绍了我国眼科学和视觉科学领域生物工 程研究的发展现状，分析了角膜和视网膜领域生物工程研究存在的主要问题，并结合我国国情，针对研发方向、审批制度、 成果转化和研究平台建设提出了应对策略和政策建议。 关键词：眼科学和视觉科学；生物工程；现状；对策 中图分类号：R77 文献标识码：A The Current Situation of China’s Ophthalmology and Visual Science Bioengineering, and a Development Strategy Xie Lixin, Zhou Qingjun, Xu Haifeng, Lin Ping (Shandong Eye Institute, Qingdao 266071, Shandong, China) Abstract: With the largest number of blind patient in the world, China is home to more than 12 million people who are blind. The most promising research direction in the bioengineering field for the treatment of blindness involves searching for bioengineering materials to restore visual function, particularly using stem cell and biochip technology. This paper introduces the development situation of China’s bioengineering research in ophthalmology and visual science, and analyzes the main problems affecting current bioengineering research in corneal and retinal areas. We also present strategies and recommendations for research and development directions, the approval system, achievement translation, and the construction of a research platform, based on the current situation in China. Keywords: ophthalmology and visual science; bioengineering; current situation; strategy 一、前言 病。研究资料表明，中国是世界上盲人最多的国家， 约有 1 200 万盲人，占全世界盲人的 18 %。我国每 跟据世界卫生组织（WHO）报告，肿瘤、心 年约有 45 万人失明，几乎每分钟就会新增 1 例盲 血管疾病、眼病是影响人们生活质量的前三位疾 人，给个人、家庭和社会带来严重的负担 [1]。引 收稿日期：2017-01-08；修回日期：2017-03-01 通讯作者：谢立信，山东省眼科研究所，教授，中国工程院，院士，研究方向为眼科基础研究和临床诊治；E-mail: lixin_xie@hotmail.com 资助项目：中国工程院咨询项目“我国眼科学和视觉科学领域生物工程研究现状和应对策略”(2012-XY-20) 本刊网址：www.enginsci.cn 100 中国工程科学 2017 年 第 19 卷 第 2 期 起致盲的主要疾病有白内障、角膜病、眼外伤、青 1. 人工角膜 光眼、年龄相关性黄斑病变、糖尿病性视网膜病变、 人工角膜是用异质成形材料制成的一种特殊屈 视网膜色素变性等。美国国立眼科研究所（NEI） 光装置，植入患眼取代混浊的角膜组织，以达到取 资料表明，美国每年用于眼科疾病治疗的费用约为 600 亿美元；英国每年的治疗费用也高达 88 亿英 得一定视力的作用。1947 年，Stone 首次使用高分 镑。中国没有准确的统计数字，但中国人口约是 美国人口的 4 倍，因眼病造成的伤害与损失无法 大大推动了人工角膜研究的发展。近年来的进展主 估 量。 中 国 政 府 已 在 WHO 发 起 的“ 视 觉 2020， 前，美国食品药品监督管理局（FDA）认证并应用 于 临 床 的 有 AlphaCor 和 Dohlman-Doane（Boston） 全球行动消灭可避免盲，享有看见的权利”行动 上 签 字 并 做 出 庄 严 承 诺， 承 诺 2020 年 以 前 在 我 子材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制作人工角膜， 要体现在材料选择、处理和设计方式上的创新。目 国消除可避免的盲症。我国政府在白内障领域的 两种人工角膜，其中 Boston 人工角膜在 1992 年获 得美国 FDA 的批准可以临床使用，AlphaCor 人工 防盲工作已取得了巨大进展，但角膜病及视网膜、 角膜在 2003 年被批准使用；Boston 人工角膜是目 视神经疾病等领域的研究与欧美国家相比尚存在 前使用最广泛、疗效最可靠的人工角膜之一。我国 差距。 目前，世界各国致盲性疾病研究的重心都在根 还没有自主研发的人工角膜产品应用于临床治疗。 2. 组织工程角膜 据国情或发病率的变化逐渐转移，欧美国家主要针 全层组织工程角膜应包含角膜上皮、基质和 对神经性致盲病，如糖尿病性视网膜病变、年龄相 内皮三部分。早期，研究者利用病毒转染永生化的 关性黄斑变性、视网膜色素变性。虽然目前有很多 人角膜上皮细胞、基质细胞和内皮细胞，结合戊二 药物或手术能延缓病程发展，但最后都会因为视网 醛交联过的胶原材料作为支架，构建了全层组织工 膜神经细胞的损伤，对视力造成不可逆性损害。在 角膜病方面，我国面临的实际问题与其他国家不同， 程角膜替代物，透明性及对外界刺激的反应性接近 正常角膜，但目前仍未有进入临床研究的报道 [5]。 角膜移植供体材料的来源受限是阻碍我国角膜盲患 基于永生化细胞的安全性和支架材料的长期效果尚 者复明的关键影响因素。因此，寻找可用于恢复视 未阐明，临床深板层角膜移植和角膜内皮移植的技 功能的生物工程材料，尤其是使用干细胞技术和生 术尚待完善，全层组织工程角膜的开发和应用价值 物芯片技术重建视功能已成为最有前景的研究方 仍需探讨。 向。生物工程领域的研究和开发成为眼科领域研究 的热点、重点和难点。 构建组织工程角膜上皮必须包含合适的上皮干 细胞和载体材料，形成重组上皮细胞膜片。目前， 采用体外扩增形成的角膜缘上皮细胞膜片、口腔黏 二、我国眼科学和视觉科学领域生物工程的 研究现状 （一）角膜领域 膜上皮细胞膜片移植治疗角膜缘干细胞缺乏症已被 日本、意大利、韩国和中国台湾等国家和地区批准 应用于临床，短期和长期的效果显著 [6 ~ 9]。对于 其他干细胞分化为角膜上皮干细胞的研究也取得了 角膜病是我国重要的致盲性眼病。由谢立信教 授组织的我国 10 省市调查结果显示，全国有单眼 较大进展，可能为组织工程角膜上皮的构建提供新 的种子细胞来源 [10]。 或双眼角膜盲人 301.5 万，其中 80 % 可通过角膜移 角膜基质占角膜整体厚度的 90 %，是维持角 植手术实现复明，但我国角膜捐献率低，供体材料 严重匮乏，每年角膜移植手术量不足 10 000 例，远 膜透明性的主要结构基础，寻找具有天然角膜基质 远不能满足患者的需求 [2 ~ 3]。因此，开发组织工 一。目前的研究重点是在保持角膜基质成分、结构 程角膜具有良好的临床应用前景。人工角膜、组织 和透明性的同时，尽可能地去除其细胞和抗原成 工程角膜和生物活性羊膜是目前临床常采用的角膜 分。国内已有多家单位对脱细胞猪角膜进行了研究， 替代材料，组织工程角膜上皮和基质方面的研究近 年来取得了显著的进展 [4]。 2015 年 4 月，我国自主研发的脱细胞角膜基质产品 透明性的替代物是组织工程角膜研究领域的重点之 “艾欣瞳”正式获得国家食品药品监督管理总局颁 101 专题研究 我国眼科学和视觉科学领域生物工程研究现状和应对策略 发的医疗器械注册证书，这也是世界上第一个完成 必经之路 —— 视神经上安置微电极阵列，刺激视 临床试验的脱细胞角膜基质产品 [11]，随后也有类 神经形成视觉感受。国际上，除基础研究外，比利 时科学家先后报告了 3 例因视网膜色素变性完全失 似的产品获批或正在进行临床试验，但临床应用长 期的安全性和有效性还需要进一步观察 [12]。 人角膜内皮细胞体内再生和体外扩增能力差， 明的患者通过在视神经周围植入电极，刺激视神经 而产生视觉感受 [17,18]，认为这一现象证明了视神 获得具有正常功能的角膜内皮种子细胞是组织工程 经假体的潜在可行性，除此之外尚无其他人体试验 角膜面临的最大难题。近年来，研究者一方面优化 的报道。我国“973”首席科学家任秋实教授及其 成人角膜内皮细胞的体外扩增方法，另一方面诱导 团队的研究成果在国际上处于先进水平，经过前期 胚胎干细胞或其他成体干细胞分化为角膜内皮细 研究，已经在视觉信息处理、图像获取与处理、微 胞，但前者难以实现产业化，后者的安全性和有效 电极阵列与视神经相互作用机理、微电极阵列及其 性有待阐明。同时，限于角膜内皮细胞没有特异 表面修饰、相关基础医学问题等方面取得重大进展 性的检测方法，分化细胞的性质和功能鉴定还存 并且进行了动物试验，通过植入的电极刺激视神经， 在问题。 3. 生物活性羊膜 在视皮层成功记录到电位响应，证实其植入的视觉 假体能引起视觉感受 [19]。下一步的目标是在完善 羊膜是目前角膜病治疗中被广泛使用的生物材 前期研究的基础上，寻找视网膜和
