仿生眼如何恢复视力并帮助盲人重见光明

小时候，马克斯·霍达克 (Max Hodak) 与已故的几乎失明的祖父一起在暗室里学习冲洗胶片。

霍达克的祖父患有色素性视网膜炎，这是一种先天性疾病，每 5,000 人中就有一人患有这种先天性疾病，全球范围内这一人数超过 200 万人。 大多数患有这种疾病的人出生时视力都完好无损。 随着时间的推移，他们首先失去周边视力，然后是中心视力，最后，有时早在中年就失去视力。

“他显然有这个职业，是一名摄影师，我看到了这一点，”霍达克谈到他的祖父时说，他的祖父后来成为一名航空航天工程师，并曾短暂从事航天器隔热罩的工作。 “但我小时候的大部分记忆都是他完全失明了。”

不过，可能的解决方案是触手可及的。 Science 是一家位于加利福尼亚州阿拉米达的初创公司，它设计了一种名为 Science Eye 的视觉假体，可以恢复色素性视网膜炎患者的视力，尽管形式有限。 其首席执行官霍达克 (Hodak) 在埃隆·马斯克 (Elon Musk) 的 Neuralink 公司工作了一段时间后，与他人共同创立了这家初创公司。 总部位于巴黎的生物技术公司 GenSight Biologics 和纽约的 Bionic Sight 等其他公司也在尝试恢复视力的方法。

他们的工作都基于一种名为光遗传学的神经科学研究工具，这是一种基因疗法，通过注射到眼睛中来输送一种叫做视蛋白的蛋白质，以提高视网膜（眼球后部的组织层）细胞的光敏感性。 。

马里兰州贝塞斯达国家眼科研究所的高级研究员阿南德·斯瓦鲁普（Anand Swaroop）表示，用于视力恢复的治疗性光遗传学疗法肯定有希望，他从事遗传性视网膜变性研究近四十年。 但仍有改进的空间。

“至少在现阶段，在某人完全失明的情况下，这似乎非常好，”斯瓦鲁普说。 “你应该能够找到路。 你不会撞到东西，这很好。 但你不会区分许多不同的特征。”

光遗传学如何工作

在正常视力中，光线通过晶状体进入眼睛并在视网膜上形成图像。 视网膜本身由几种不同类型的细胞组成，主要是感光细胞。 感光细胞是形状像杆和锥体的感光细胞，含有视蛋白。 通常，光感受器将光转换成电信号，传输到视网膜的神经节细胞，神经节细胞又通过视神经将这些电信号传输到大脑。 这就是您现在阅读本页文字的方式。

在色素性视网膜炎中，光感受器中的视杆细胞和视锥细胞分解并最终死亡。 首先，周边视力消失，人们的视野变得狭窄：他们必须转动整个头部才能观察周围的世界。 许多视野狭隘的人需要拐杖来帮助行走（并避免撞到家具等物体）。不久之后就会失明。 然而，光感受器的损坏并不会削弱大脑处理电信号的能力，而且最重要的是，神经节细胞仍然完好无损。

光遗传学试图通过将视蛋白直接传递到神经节细胞来规避通常的编排，这意味着它们可以受到光刺激以向大脑发送信号。

科学之眼包含两个要素。 第一个是由无线电力线圈和超薄、灵活的微型 LED 阵列组成的植入物，直接应用于视网膜上——与修复白内障等其他眼科手术相比，这种手术的范围更广。 据 Hodak 介绍，该阵列（其原型正在兔子身上进行测试）提供的分辨率是 iPhone 屏幕的八倍。

第二个元素是一副无框眼镜，其尺寸和形状与常规处方眼镜相似，包含微型红外摄像头和感应线圈。

把它们放在一起，过程如下所示：

步骤1

将视蛋白注射到眼睛的神经节细胞中。

第2步

安装植入物。

步骤3

眼镜通过无线传输来自视觉世界的信息来激活经过改造的神经节细胞； 反过来，新的光敏神经节细胞通过视神经将信息传输到大脑。

眼睛不再接收图像，而是接收数字信息。 结果如何？

“你应该能够步行穿过城镇去买三明治而不会被车撞到，”霍达克说。

关于色素性视网膜炎的更多研究

其他公司已经在帮助色素性视网膜炎患者恢复视力。

GenSight Biologics 使用光遗传学加眼镜的方法来放大经过基因编辑的神经节细胞可以解码的光。 根据 2021 年《自然医学》杂志发表的临床试验结果，GenSight 的方法能够帮助定位桌子上的物体。 该患者是一名 58 岁男性，18 岁时被诊断出患有色素性视网膜炎。

Bionic Sight 拥有患者开始区分特征的第一手经验。 它的方法涉及一种基因治疗载体，通过注射到患者的眼睛中，将一种名为 Chronos 的视蛋白转移到患者的眼睛中，以提高完整神经节细胞的光敏感性。 对于那些视野狭窄的人来说，注射视蛋白似乎就足够了。

对于视力受损较严重的患者，Bionic Sight 将光遗传学疗法与一副包含相机和神经编码设备的护目镜配对：相机拍摄图像并将其转换为代码，然后以光脉冲的形式发送出去，以激活体内的视蛋白。转基因神经节细胞。 到目前为止，Bionic Sight 已经治疗了 13 个人，其中包括从完全失明的人到视野狭窄的患者。

“这确实有很大帮助，”Bionic Sight 创始人兼威尔康奈尔医学院计算神经科学教授希拉·尼伦伯格 (Sheila Nirenberg) 说。

考虑一下您在去看医生时可能会检查的视力表上的大字母“E”。 近盲人的视力为 20/200：视力为 20/20 的人在 200 英尺外能够看到的东西，对于近盲人来说只能在 20 英尺外看到。

尼伦伯格说，她的许多患有色素性视网膜炎的患者在两英尺外都看不到像大“E”这样的字母。 但一名视力为 20/150 的患者（他必须站在距离图表 20 英尺的地方才能看到字母，而视力正常的人可以站在距离图表 150 英尺的地方看到相同的字母）现在已降至 20 /40。 另一位患者无法区分扑克牌上的花色。 例如，在接受视蛋白后，患者不仅能够分辨出俱乐部和钻石之间的区别，而且还能够注意到颜色的差异。

另一项挑战是他试图找出摆在他面前的塑料水果之间的差异。 他能够发现苹果的茎，从而将其与橙子和桃子区分开来。 最后，他被要求走一个底部有黑色方块的迷宫——并成功通过了。

“我无法向你解释这是多么令人兴奋，”尼伦伯格说。 “这非常有希望。”

一种治疗失明的基因疗法已经面世五年多了。 Luxturna 是美国食品和药物管理局于 2017 年批准的一种处方药，适用于患有罕见基因突变的儿童和成人，这种突变会影响视网膜色素上皮，即视网膜背面感光细胞所在的膜。 该处方添加了该基因的功能版本，以创建更有利于光感受器的上皮细胞。

“这可能会减缓疾病的进展，”霍达克说。 “但它不会再生任何损失。”

这才是 Science Eye 的最终目标。 霍达克说，临床试验应该在未来 18 个月的某个时候开始。 该公司还在研究如何使用 Science Eye 来帮助患有干性年龄相关性黄斑变性的患者，这种黄斑变性与色素性视网膜炎的表现略有不同：患者首先失去中央高分辨率视力，然后是周边视力。

对于每家使用光遗传学帮助人们改善视力的公司来说，都需要跨越一些里程碑。 更多参与临床试验的患者应该有助于改善视蛋白的传递和提高视网膜细胞光敏感性的能力。 但霍达克预测，在未来五年内，市场上将会出现适合他祖父这样的人的产品。

霍达克说：“你对病人说的话总是必须非常小心，因为他们还抱着一线希望。” “但是有很多事情即将发生。 现在还没有到任何一件事都会失败并破坏整个领域的地步。 真正的进展即将到来。”