長期以來，人造視網膜被視爲幫助退化性失明患者重見光明的希望。儘管相關技術持續進步，實際成效仍存在多項限制。
目前市售植入裝置空間解析度極低，患者視力大多落在20/440與20/1200（相當於正常視力1/22到1/60），與自然視覺仍有極大差距。儘管臨床研究顯示，使用者確實能閱讀放大後的字體、辨識標誌並改善部分生活功能，但對比敏感度與細節辨識度仍大幅落後於自然視覺。運算模型更推估，現行技術的極限大約是20/100（約為正常視力的1/5）。
另一項核心難題在於刺激視網膜的方式。目前裝置採用非選擇性的脈衝電刺激，使所有細胞同時被活化；然而自然視覺並非如此，自然視覺是根據光強度變化精準啟動不同類型的視網膜細胞，進而建構出豐富且具層次的視覺訊號。
工程與生物的融合：創新的混合式視網膜植入裝置
巴伊蘭大學眼科科學與工程實驗室負責人Yossi Mandel教授與研究團隊，攜手工程學院的Zeev Zalevsky教授等合作研究者，成功研發出一款能突破既有限制的混合式視網膜植入裝置。相關成果已刊登於Advanced Functional Materials。
這款新型植入物結合兩大核心技術，其一是高密度的3D微井（microwell）式微電極。其二是由來自胚胎幹細胞分化而成，具早期光感受器的穀氨酸能神經元。高密度3D微井的微井直徑約10微米、深度可達15微米。每個微井可容納一個神經元。井底則配置直徑僅5-6微米的微電極。這樣的緊密結構使局部電場強度比傳統平面電極提升約千倍。使能產生更銳利、具選擇性、更接近自然的視覺。這項創新設計擁有數項突破，包括超低活化閾值，新發明視網膜的光刺激需求量與細胞內刺激相當，比現行植入物低上數百倍。接著是具備強勁的神經反應，單一細胞僅需5皮可庫侖的微弱刺激即可產生18毫伏的膜電位變化，強度約為天然光受器反應的十倍。最後一項是極低的訊號外洩，微井結構將鄰近細胞的非預期活化降低至1/430，使影像對比更清晰、邊界更銳利。
研究團隊已於巴伊蘭大學奈米科技與先進材料研究所（BINA）製作並驗證了該裝置。移植至微井的幹細胞衍生神經元不僅存活率高，還向宿主視網膜延伸軸突。更重要的是，檢測突觸標記Ribeye蛋白的存在顯示，植入細胞與宿主視網膜之間極可能形成了功能性突觸連結。
視覺復原的新里程碑
這項研究首次展現了以生物工程方式連結微電子植入物與神經元，並能讓植入系統以「符合視網膜生物語言」的方式轉換電刺激。
Mandel教授指出：「我們的目標是突破純電子植入技術的極限。藉由整合活體神經元與微電極陣列，使我們不只是單純刺激視網膜，而是以更貼近生物學的方式傳遞訊號。希望最終能讓失明患者獲得更清晰、更細緻、也更接近自然的視覺。」
這款混合式人造視網膜目前正朝著後續動物模式的前臨床驗證邁進，長期目標則是通過人體臨床試驗，使患者重見光明。
資料來源：
https://www.biu.ac.il/en/article/583802
