近視眼的剋星：無創技術矯正視力

工程師已經開發出一種無創方法來永久矯正視力，這在臨床前模型中顯示出很大的希望。該方法使用飛秒振蕩器來選擇性和局部地改變角膜組織的生物化學和生物力學特性。這種改變組織宏觀幾何形狀的技術是非手術的，並且比屈光手術所見的副作用和局限性更少。該研究可治療近視，遠視，散光和不規則散光。

近視或近視在世界各地都是一個日益嚴重的問題。與50年前相比，現在美國和歐洲的人數是現在的兩倍。在東亞，70-90％的青少年和年輕人是近視眼。據估計，到2020年，全球約有25億人可能會受到近視的影響。

眼鏡和隱形眼鏡是簡單的解決方案; 更持久的是角膜屈光手術。但是，雖然視力矯正手術的成功率相對較高，但這是一種侵入性手術，容易發生手術後併發症，在極少數情況下永久性視力下降。此外，激光原位角膜磨鑲術（LASIK）和光折射角膜切削術（PRK）等激光視力矯正手術仍然採用消融技術，這種技術可以減薄並在某些情況下削弱角膜。

哥倫比亞工程研究員Sinisa Vukelic開發了一種新的非侵入性方法來永久矯正視力，這在臨床前模型中顯示出巨大的前景。他的方法使用飛秒振蕩器，這是一種超快激光器，以高重複頻率發射能量極低的脈衝，用於選擇性和局部改變角膜組織的生物化學和生物力學特性。這種改變組織宏觀幾何形狀的技術是非手術的，並且比屈光手術所見的副作用和局限性更少。例如，角膜薄，眼睛乾澀和其他異常的患者不能進行屈光手術。這項研究可能導致治療近視，遠視，散光和不規則散光，於5月14日在Nature Photonics上發表。

「我們認為我們的研究是第一個使用這種激光輸出方案來改變角膜曲率的非侵入性或治療其他臨床問題的人，」Vukelic是機械工程系紀律講師。他的方法使用飛秒振蕩器來改變膠原組織的生物化學和生物力學特性，而不引起細胞損傷和組織破壞。該技術允許足夠的能量在設定的焦點容積內誘導低密度等離子體，但是不能傳遞足夠的能量來對治療區域內的組織造成損傷。

「我們已經看到多照片成像中的低密度等離子體，它被認為是不受歡迎的副作用，」Vukelic說。「我們能夠將這種副作用轉化為增強膠原組織力學性能的可行療法。」

Vukelic的方法的關鍵部分是低密度等離子體的誘導引起角膜內水分子的離子化。這種電離產生活性氧物質（一種含氧的不穩定分子，並且容易與細胞中的其他分子反應），其反過來與膠原原纖維相互作用以形成化學鍵或交聯。這些交聯的選擇性引入引起處理的角膜組織的機械性質的變化。

當他的技術應用於角膜組織時，交聯會改變治療區域的膠原性質，並最終導致角膜整體宏觀結構的改變。治療電離角膜內的目標分子，同時避免角膜組織的光學分解。由於該過程是光化學過程，因此不會破壞組織，誘導的變化保持穩定。

「如果我們仔細調整這些變化，我們可以調整角膜曲率，從而改變眼睛的屈光力，」Vukelic說。「這與目前在研究和臨床應用中應用的主流超快激光治療有著根本的不同，它依賴於靶材料的光學分解和隨後的空化氣泡形成。」

「屈光手術已經存在了很多年，雖然它是一項成熟的技術，但該領域長期以來一直在尋找一種可行的，創傷小的替代方案，」Leejee H. Suh，Miranda Wong Tang眼科副教授在哥倫比亞大學醫學中心，誰沒有參與這項研究。「Vukelic的下一代模式顯示出巨大的希望，這可能是治療更大的全球人口和解決近視大流行的重大進步。」

目前，Vukelic的小組正在制定臨床樣機，並計劃在年底前開始臨床試驗。他還希望開發一種方法來預測角膜行為，作為激光照射的函數，例如，如果治療小圓或橢圓，則角膜可能如何變形。如果研究人員知道角膜將如何行動，他們將能夠個性化治療 - 他們可以掃描患者的角膜，然後使用Vukelic的演算法進行特定患者的改變以改善他/她的視力。

「特別令人興奮的是，我們的技術不限於眼部介質 - 它可以用於其他富含膠原蛋白的組織，」Vukelic補充道。「我們還與Gerard Ateshian教授的實驗室合作治療早期骨關節炎，初步結果非常令人鼓舞，我們認為我們的非侵入性方法有可能打開治療或修復膠原組織的途徑，而不會導致組織損傷「。

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