摘要：但眼睛是一个非常复杂的器官。它还与大脑相连，这就是为什么科学家和眼科医生至今仍无法成功进行人类眼部移植。它是迄今为止人类从未移植过的四大器官之一，另外三者分别是大脑、脊髓和内耳听觉器官。
生物医学工程师 Ashutosh Agarwal 正在与巴斯科姆帕尔默眼科研究所和米勒医学院的研究人员合作开发一种对完成整个人类眼球移植至关重要的设备。
这似乎是一个简单的想法。
设计一个装置，使人眼能够在体外保持活力并正常运作。至少可以维持几个小时，然后可以维持几天。
但眼睛是一个非常复杂的器官。它还与大脑相连，这就是为什么科学家和眼科医生至今仍无法成功进行人类眼部移植。它是迄今为止人类从未移植过的四大器官之一，另外三者分别是大脑、脊髓和内耳听觉器官。
“眼睛的特殊性在于它需要持续的含氧血液流动，” 眼科教授兼眼眶外科医生 David Tse博士说道。他目前正 与 眼科副教授Daniel Pelaez共同领导巴斯科姆帕尔默眼科研究所的 全眼移植项目。“为了确保捐献眼的存活，我们必须维持这种血流或灌注，并避免在眼部恢复和植入过程中出现任何组织氧合损失。”
因此，Tse 和 Pelaez 找到了 Ashutosh Agarwal，他是一位生物医学工程系的教员，同时也是 Desai Sethi 泌尿外科研究所的工程与应用物理主任。他的 实验室致力于研发名为“人体器官芯片” 的设备，以探索新的治疗方法。受用于心肺搭桥手术的体外膜肺氧合 (ECMO) 设备的启发，Agarwal 和他的学生们致力于重新制造一个更小的眼部设备。
该工程团队设计并生产了一种便携式眼部体外膜肺氧合机 (ECMO)，该机器可以在捐献者摘除眼球后，将混合了特殊溶液的含氧血液泵入和泵出眼球。这有助于维持视网膜的正常功能，而视网膜负责向大脑发送信号以形成图像，因此视网膜功能恢复是一个需要克服的重要障碍。因此，保持视网膜功能将使接受者能够通过新的捐献眼球恢复视力。
作为眼部ECMO的一部分，该团队还利用工程学院的3D打印卓越设备来创建和改进定制套管。这根细小的管子将眼部的主要血管连接到眼部ECMO机器，从而实现持续循环。
然后，工程师们还创造了一个“眼球支架”，这样回收的捐献眼球就可以安全地在手术室和实验室之间运送进行检查。
“这是一个高度可行的工程项目，能够真正推动医学科学的发展，”阿加瓦尔说道。“这个项目也展现了真正合作的价值，工程师们可以创造出看似难以想象的产品，但当你与一个医生团队合作时，一切就会变得非常完美。”
最近，Agarwal 的团队就看到了他们的创新成果。
当全眼移植团队获得许可从捐赠者处移植第一只眼睛时，他们得以使用眼部ECMO设备和第一代眼部固定器。整个手术得益于美国卫生与公众服务部高级研究计划署（ARPA-H）的一笔巨额拨款，整个大学团队于2024年底获得了这笔拨款。
在眼部复原手术中，谢教授与神经外科医生、科学家、工程师和整形外科医生合作，将眼部ECMO连接到捐献眼上，并将其放置在眼部固定器上，使其存活数小时，并在此期间确认组织活力或功能。看到他们的成功，由17名教职员工和其他参与该项目的工作人员组成的团队倍感振奋。
“那天晚上离开的时候，我充满了动力，”佩莱斯说。“我看到人类全眼移植的可能性越来越近了。”
这是巴斯科姆帕尔默眼科研究所、米勒医学院和工程学院的专家们为实现全眼移植而展开的复杂攻关的又一步。该项目可能需要长达六年的时间。
“工作流程的每一步都完全按照设计进行，这很不寻常，”谢说。“虽然过程中出现了一些小问题，但所有主要步骤都按计划顺利进行。如果没有眼科ECMO，一切都不会成功。”
在不断改进技术的同时，研究人员现在必须找到最佳的视神经保存方法——这是该项目的另一项重大挑战。此外，团队还必须找到将视神经连接到受体的最佳方法。Tse 和 Pelaez 表示，这是眼部移植手术成功面临的最大挑战。
尽管如此，眼部 ECMO 装置以及眼部固定器 (Eye-HOLDER) 仍然是该项目的关键部件。团队最近使用荧光染料对第一只捐赠眼进行测试时，在眼部 ECMO 设备的辅助下，他们观察到染料在视网膜中循环。此外，对从捐赠者体内取出的眼球进行光学测试，证实其视网膜功能正常。这是他们的首次尝试。
“这对团队来说是一个重要的时刻，因为这种手术在美国——甚至全世界——都从未进行过，”阿加瓦尔补充道。“目前还没有像眼科ECMO这样的产品，但这证明了一切都在发挥作用。”
一年前，Agarwal 的实验室接到了研制这种装置的委托，他很快意识到这将是一项理想的任务。Agarwal 和他的博士生 Emma Drabbe 和 William Raeter、硕士生 Alexander Carrieri、实验室技术员 Matthew Koble，以及来自印度理工学院甘地讷格尔分校的国际暑期实习生 Atharva Dapse 立即开始了工作。
他们目前正在设计一种带有万向节机构的眼球支架，以实现更稳定的器官运输，这样捐赠的眼睛在从一个手术室转移到另一个手术室时可以得到更好的保护，或者即使需要像其他器官移植一样转移到不同的医院或不同的城市时也能得到更好的保护。
“这可能推动全眼移植方面的医学进步，从而尝试治愈失明，”阿加瓦尔说道。“作为一所工程学院，能够与大学其他机构合作推动创新，我们深感荣幸。与外科医生一起工作并获得设计反馈，对学生来说也是一次绝佳的培训体验。”
资料来源：迈阿密大学
来源：科学微迅