日常生活中，光明是如此寻常：每一天我们都能够欣赏色彩缤纷的风景，捕捉家人朋友的每一个表情。然而，对于全球数千万视力障碍者而言，这却是遥不可及的奢望。世界卫生组织数据显示：全球约有22亿人视力受损；其中，超过一千万名患者因视网膜退行性疾病，如黄斑变性、视网膜色素变性等，世界彻底陷入黑暗，日常生活受到了极大限制。
图1 传统视网膜假体：(a)工作原理; (b) Second Sight公司新型视网膜假体产品图（图源：温州网/ 知乎）
一直以来，科学家们都在不懈努力，试图为视障人士找到重见光明的方法。对于视网膜退行性疾病，传统的治疗方式大多是为患者植入视网膜假体，也就相当于安装一个“人工眼球”，原理如图1所示，通过外部设备捕获图像，再将图像信号传入眼内电极，电极刺激视网膜细胞，进而让大脑“看”到物体。尽管能够在一定程度上弥补视力缺陷，但此种方法却存在诸多弊端：例如设备体积庞大，患者需佩戴沉重的外部设备，行动受限；电极对于视网膜的刺激效果有限，恢复视力质量不佳，难以满足视障患者对于正常生活的需求。就在人们对传统技术逐渐感到无奈时，上海科研团队的联合研究（如图2），为视网膜退行性疾病的治疗带来了新希望。
图2 该研究所提出的新一代纳米假体，能够增强和恢复视障者视力：在患者视网膜下植入碲纳米假体，以取代退化的光感受器，并产生光电流以激活残余视网膜回路(左下角) 和枕叶皮层 (右上角)。通过不对称工程和纳米线网络形态学 (右下角) ，实现自发、无偏置的光电流和最小的侵入性易植入
近日，上海科研团队联合在Science上发表一项研究成果，他们成功开发出一种基于碲纳米线网络（TeNWNs）的新型视网膜假体，这一小小的纳米线网络，却蕴含着巨大应用潜力，已在实验中成功让失明小鼠恢复了视觉功能，为无数失明患者带来了重见光明的希望。在食蟹猴实验中，该假体的生物相容性也得到了进一步验证，这也为其在临床上的应用，奠定了坚实可靠的基础。
此研究与传统视网膜假体的技术方案截然不同，其巧妙利用了碲元素在宽光谱范围内所展现出的高光电流和光敏感特性，在制备成纳米线后，构建成复杂而有序的网络结构植入患者眼底；它能够彻底淘汰传统视网膜假体植入过程中所需的复杂注射流程，并省去了笨重的辅助设备，为临床应用推进扫除了关键障碍。
1.宽光谱响应：让“夜视”成为可能
眼睛作为人体中最为精密的“光学仪器”，虽能够实时成像，但也存在一定局限性：眼睛所能感知到的光，仅仅局限在380-780nm之间的狭窄范围内。对于那些患有严重眼疾（如黄斑变性）的患者来说，在弱光或是黑暗环境中，这一缺陷的负面影响就将被无限放大。自然界中广泛存在的，除却可见光，还有人眼无法感知到的红外光，其波长范围分布于780-2500nm内；即使是在黑暗环境下，许多物体都能够发射或反射红外光，若能够感知红外光，就如同拥有了“夜视能力”，在黑暗中也能看清周围环境，便利性和安全性能够有效提升。
研究团队所研制出的 TeNWNs 假体，就如同给眼睛装上了一个强大的“光谱扩展器”。它打破了传统视网膜假体仅能覆盖可见光范围的局限，不仅能够恢复失明动物对可见光的感知，还成功将受试单体的感光范围延伸至近红外波段。这意味着，未来植入该假体的患者，不仅能够重新看到熟悉的多彩世界，还能在黑暗中“看见”物体，实现科幻电影中才有的“夜视”能力。在该团队所设计的“盲鼠实验”中，这一神奇的效果得到了验证：研究人员将TeNWNs假体植入失明小鼠的视网膜下，然后进行了一系列严格细致的测试（如图3）。
图3 盲鼠植入TeNWNs假体后视觉功能的恢复和增强实验：(A)植入假体小鼠视网膜OCT扫描图像; (B) 植入手术后小鼠视网膜OCT图像; (C) 植入手术后静脉注射吲哚菁绿后视网膜区域变化; (D)-(K) 不同小鼠受光测试
在视力恢复实验中，当用不同波长的光照射小鼠时，令人惊喜的现象发生了——在光照强度仅为临床安全阈值 1/80 的极低条件下，植入TeNWNs假体的小鼠展现出了明显的瞳孔光反应（就和正常小鼠一样），其瞳孔会随着光线的变化而灵敏地收缩和扩张。不仅如此，通过神经电生理技术检测，研究人员发现，小鼠的视觉皮层也被激活，神经元开始活跃地传递视觉信号，这表明假体成功地将光信号转化为神经信号，并传递到了大脑。
为进一步评估小鼠的视觉功能恢复情况，研究人员还设计了一系列行为学实验。在实验中，植入TeNWNs假体的小鼠能够迅速而准确地找到光源，其表现与正常小鼠几乎无异；而在另一项图案识别测试中，该小鼠同样表现出色：其能够分辨出不同的图案，正确率高达62.3%。这些实验结果充分证明，TeNWNs假体不仅让失明小鼠重见光明，更赋予了它们在低光和红外光环境下的视觉能力，为未来人类患者的治疗带来了无限可能。
2.生物相容性与微创植入：安全与疗效双保障
对于任何一种医疗植入设备来说，生物相容性都至关重要。若植入假体无法被身体接受，引发强烈的免疫排斥反应，不仅无法治疗疾病，还可能对患者造成更大的伤害。过去，许多视网膜假体的研发都在这一问题上遭遇了瓶颈，导致无法实现临床应用。研究团队在设计TeNWNs假体时，就将生物相容性作为重点考量因素。碲纳米线网络具有独特的微观结构和表面特性，使其能够与视网膜组织完美融合，最大限度地减少免疫反应的发生。
图4 食蟹猴植入TeNWNs假体后的眼科评估及记录：(A)术前、术后假体植入区域OCT扫描图像; (B) 植入手术后静脉注射吲哚菁绿后视网膜区域变化; (C) 用近红外光做测试; (D)-(F) 植入手术后对于光照反应的持续测试
如图4所示，在将TeNWNs假体植入食蟹猴视网膜下之后，假体在猴眼内稳定工作，并没有引起任何明显的炎症反应或组织损伤。此外，猴眼的视网膜结构保持完整，血管分布正常，这也表明：TeNWNs假体具有出色的生物相容性，能够被安全地植入体内。在这项实验中，研究人员对植入TeNWNs假体的猴子进行了长达半年的跟踪观察。结果显示，猴子的视力没有受到任何负面影响，正常的视觉功能得以保留。同时，食蟹猴还获得了新的红外视觉能力，能够感知到原本无法看见的近红外光。这一结果充分证明了 TeNWNs 假体在灵长类动物体内的有效性和安全性，这也为未来在人类患者中的应用奠定了坚实基础。
这项突破性研究成果是多学科交叉融合的结晶，是光子学、材料学、神经科学等多个领域专家携手合作，对技术难题的不断攻克。让我们共同期待这项技术能够早日走进临床，让科技的光芒照亮每一个黑暗的角落。
论文来源：
Tellurium nanowire retinal nanoprosthesis improves vision in models of blindness | Science
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