1 、临床背景
1.1 流行病学
2021年AAO近视工作组（the Task Force on Myopia）总结的近视流行病学研究表明，近视（≥-0.50D）的患病率将从2020年占全球人口的22.9%增加到2050的49.8%；到2050年，近50亿近视人口中，约有10亿人为高度近视。在亚洲，病理性近视是年龄相关性失明的主要原因，是前三位致盲眼病。
我国更是近视的高发国家，近年来近视患病率不断攀升且发病人群逐渐低龄化，青少年近视患病率预计在2050年达到84%。我国是病理性近视的高发区，北京眼病研究数据表明，我国病理性近视的患病率约为3%，已成为仅次于白内障的第二位致盲性眼病，同时也是人群中第二常见的引起低视力的病因。由于环境和生活方式的改变，我国病理性近视患病人群也相应逐渐年轻化的趋势。
1.2 临床意义
众所周知，青光眼和白内障与近视呈正相关。眼病病例对照研究组表明，与非近视眼相比，屈光不正为 -1.00 D 至 -3.00 D 的眼睛和屈光不正大于 -3.00 D 的眼睛发生特发性孔源性视网膜脱离的风险分别高出4倍和10倍。病理性近视、退行性近视和近视性黄斑病变等术语描述了影响脉络膜视网膜萎缩的病症，这些病症基本上都是由眼球或眼轴延长引起的。高度近视患者可能发生后巩膜葡萄肿、脉络膜萎缩、脉络膜新生血管、视网膜周围变性及视网膜脱离等眼部结构的病理性改变,常常影响视觉质量，严重者甚至导致失明。
1.3 社会经济影响
在全球范围内，未矫正近视导致的视力障碍估计会导致价值 2440 亿美元的生产力损失，近视性黄斑病变导致的失明会导致价值 60 亿美元的生产力损失。
2 、治疗现状及挑战
2.1 现状
现有的近视矫正方案，比如框架眼镜、角膜塑形镜、LASIK、ICL和角膜屈光手术等标准光学矫正对进行性高度近视无法有效治疗。虽然这些传统治疗方法可以矫正屈光不正，但尽管采取了这些干预措施，进行性高度近视仍经常进一步恶化，导致许多患者出现病理症状。这些病理症状通常包括严重的眼部变形以及视网膜、脉络膜和巩膜的改变，导致视野缺损。随着病理性近视的进展，这些患者失明的风险显著增加。
目前，无论药物还是手术，对于近视黄斑病变引起的晚期视网膜脉络膜萎缩尚无有效的治疗方法。因此，在眼轴过度伸长发生之前及早预防近视的发展至关重要。
当前针对病理性近视的治疗研究方向包括后巩膜加固术、胶原交联术、生长因子抑制剂等。研究认为，高度近视的发病是由多种混杂机制共同导致，而其中巩膜生物力学减弱导致的眼轴进行性增长起到了重要作用。巩膜重塑是眼轴异常增长的核心机制。鉴于巩膜生物力学性能在病理性近视和眼轴增长中的重要作用， 学术界不断探索能够提高巩膜组织生物力学强度的有效方法。
目前考虑使用两种主要方法来治疗进行性高度近视。第一种是后巩膜交联，这是一种使用药物和光来强化巩膜并控制眼轴生长的化学方法。该技术在动物研究（离焦性近视豚鼠与恒河猴）中已显示出有希望的结果，能有效增强后巩膜的强度。第二种方法是黄斑外加压手术。后巩膜加固手术（PSR）、黄斑扣带手术（MB）、后巩膜扣带手术、后巩膜收缩手术等手术方式的共同特征是使用物理方法给黄斑区巩膜施加向内的压力。后巩膜加固（PSR）手术是目前控制近视进展最常用的手术，即使用各种材料加固后巩膜。
2.2 挑战
进行性高度近视的特点是玻璃体腔持续轴向延长和后胶原组织变薄，需要针对这些变化进行治疗。然而，当前的手术方法面临挑战。
在后巩膜交联中，在手术过程中完全暴露后极巩膜非常困难，常常将手术限制在赤道部巩膜影响其疗效，另外使用光在后极进行胶原交联的替代方法由于粘附不良和血流阻塞而效率低下。PSR 需要大量的术中暴露，增加了手术的复杂性和持续时间。此外，PSR的有效性取决于外科医生的经验和技术，缺乏精确的术中测量。
3、电子科技大学新研究成果
为了应对这些挑战，2024年2月26日，「Nature Communications」（IF=16.6）发表了一篇来自我国电子科技大学薛欣宇教授团队、电子科技大学附属医院/四川省人民医院眼科钟捷教授团队以及香港城市大学机械工程系、中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究科学家团队的共同研究成果「A wireless battery-free eye modulation patch for high myopia therapy」即「用于高度近视治疗的无线无电池眼部调节贴片」。该研究受到了国家自然科学基金项目、四川省科技计划项目、四川省干部健康研究项目、四川省中央政府资助指导地方科技发展专项项目和四川省放射肿瘤学重点实验室开放基金的支持。
本研究中，该医-工研究团队提出了一种无线无电池眼部调节贴片，旨在矫正高度近视并防止复发。该贴片结合了巩膜交联和 PSR 的优点，提供了无线控制、无电池的解决方案。它包括压电换能器、电化学微执行器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路和生物相容性封装，全部集成到紧凑的无线设计中。1）该系统可以使用外部超声波进行无线供电和控制；2）电化学微驱动器通过向内驱动后巩膜，在精确缩短眼轴长度方面发挥着关键作用；3）药物微针阵列将核黄素输送到后巩膜；4）μ-LED 的蓝光诱导胶原蛋白交联，增强巩膜强度。体内实验表明，该贴片成功地将兔眼的眼轴长度缩短了约 1217 μm，并将巩膜强度增加了 387%。该系统无需电池即可在体内有效运行。该研究表明该贴片为临床治疗高度近视提供了一条有前途的途径。
4、设计与结构
以下图1d描述了眼贴片的结构组成。它包括压电传感器、电化学微致动器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路和生物兼容封装。
3个高灵敏度的铅锆钛（PZT）压电传感器，每个直径约为3毫米，厚度为1毫米，作为超声能量转换器和无线控制单元。
柔性电路板上采用了两个中心对称排列的红色μ-LED（650×350×400微米）用于手术过程中的光学定位。
电化学微致动器由一个透明的溶液储液器制成（用聚二甲基硅氧烷/聚苯乙烯-丁二烯-聚苯乙烯膜密封；半径：7.4毫米；厚度：约440微米）。
柔性微制造电路连接和管理所有单元，而位于腿尖的两个指示μ-LED指示贴片的工作状态。柔性和透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）层封装了整个系统。
完全集成的系统如图1e所示，光学照片显示了整体尺寸。整个系统的重量仅为0.41克。贴片的尺寸（厚度为4毫米，两个腿之间距离为19毫米）专门设计用于在兔眼后极的巩膜区域轻松植入。这个集成系统的紧凑和轻量设计使得即使在小动物（如兔子）身上也能轻松植入。
贴片的安装位置如下图1a所示，突出显示了眼球的子午线和赤道的交点，分别称为眼球的前极和后极。而本研究主要关注两极之间的距离，即眼球的轴长。为了将贴片固定在后巩膜上并与眼球赤道平行，中间包括一个凹陷以防止与视神经接触。贴片位于视神经相邻处，对应于黄斑，并使用三个被缝合在位的腿尖固定在巩膜上。基于超声波的系统促进了电能的无线转换，用于治疗高度近视。设计精密的贴片集成了三个高灵敏度的铅锆钛（PZT）压电传感器：PZT 1、PZT 2和PZT 3。PZT 1系统在植入手术期间作为定位辅助工具，而PZT 2系统则使眼轴长度的调整成为可能，这是解决高度近视的重要因素。它采用了一个巧妙的配置，包括一个交错的电极和一个离子溶液，允许对眼睛的AXL进行受控调整。通过在密封的储液器内引发电解反应，产生气泡，导致附着的薄膜膨胀。这种膨胀有效地缩短了眼球的AXL，有助于在视网膜上形成正确的图像。
这些组件的相互作用如图1b所示。高度近视患者通常表现出巩膜强度减弱，需要额外的干预措施。PZT 3系统通过光诱导的SCXL在加固巩膜组织中起着至关重要的作用。药物微针阵列快速且均匀地将核黄素输送到巩膜组织中。
如下图1c所示，与此同时三个蓝色μ-LED诱导SCXL。这个过程显著增强了巩膜的生物力学性能，减轻了术后并发症，如后巩膜和视网膜脱离。通过结合PZT 1、PZT 2和PZT 3系统的功能，该系统提供了一种综合治疗高度近视的方法，解决了眼睛的AXL调整和后巩膜加固两个方面的问题。
5、创新优势及后续研究
该研究重点关注三个关键领域：无线超声调制、高度近视治疗和巩膜核黄素微针药物缓释。与传统眼科手术相比，眼部调制贴片的无线超声控制具有多种优点：结构紧凑，易于植入；该设备利用无线供电，无需内置使用笨重的有毒电池，方便外部复杂的治疗步骤并简化手术；具有灵活、创新的微型泵，可调节眼轴长度 (AXL)，该泵高效且与柔性材料兼容；该装置还包括用于后巩膜加固的药物递送系统，降低手术复杂性并提高药物递送效率；尤其是作为侵入性较小的体外操作治疗优势，减少了术中暴露的需要，缩短了手术时间，并简化了整体治疗。该技术通过超声波实现精确的 AXL 调节和 SCXL 性能，提高治疗准确性并减少重复手术的需要。该研究在兔眼中实现了约 1.217 毫米的平均眼轴长度调整，这可能意味着人类近视得到显著矫正（约 2.5 D）。另外其他现有方案尽管矫正了屈光不正，但由于巩膜变薄和延伸，近视仍可能复发，而该创新方法结合了核黄素微针/蓝色 μ-LED 治疗进行巩膜交联，使巩膜强度显着增加约 387%。
然而，由于研究样本量较小，且术后 22 天观察期相对较短，这意味着长期结果和潜在并发症尚未完全了解。因此，需要进一步研究和长期观察来全面评估治疗的长期安全性和有效性。
6、结语
综上，本研究开发了一种多功能治疗贴片来解决传统高度近视治疗的局限性。目前兔子体内实验证明了该贴片的临床潜力，所取得的有希望的初步结果为未来的人类应用奠定了坚实的基础。这项研究提供了宝贵的指导，并为未来更大规模的实验和优化贴片治疗奠定了基础。
该技术具有预防和治疗功效，特别是通过控制眼轴伸长和巩膜松弛来控制进行性和病理性近视。它提供了一种主动策略来降低与高度近视相关的严重眼部病变的风险。对于无眼底病变的进行性高度近视患者，可使用贴片进行巩膜胶原交联后去除，增强后巩膜强度，防止眼轴进一步伸长和病理改变；对于已确诊的病理性近视，该贴片在治疗后仍保留在原位，为后眼提供长期支撑，并作为后巩膜加固的一种形式，以阻止进一步恶化。这种多功能贴片引入了治疗和预防高度近视的有效方法，有可能降低与眼轴伸长相关的严重眼部并发症的风险。
病理性近视的防治手段有限是当下一个不容忽视的现实，是巨大的未满足临床需求。为了解决这一问题，还需要不断创新，提高科技成果的转化率。只有通过持续地改进和推动科技进步，才能使更多的先进技术真正造福于高度近视患者，为病理性近视的防治开辟更多的可能性。期待本文的研究接下来能有更进一步的进展。
本文参考：
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2. 吕林, 刘炳乾. 黄斑外加压手术的指征与挑战. 中华眼底病杂志, 2022, 38(6): 436-439. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20220412-00213 。
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4.重视眼球形态与眼轴——魏文斌教授谈病理性近视https://mp.weixin.qq.com/s/1RJkrPgEPqE7k98XlHqfig
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