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人類作為感官動物，視覺是我們生活中不可或缺的感官。良好的視覺品質提供人類生活上的便利性，也替生活增添許多繽紛的色彩！因為角膜混濁導致視力喪失的角膜失明（corneal blindness），是全世界眼盲的重要成因之一。傳統上，角膜失明的病患可以透過角膜移植（corneal transplantation）重獲光明。本文將介紹角膜移植的基本概念與人工角膜的各種特性。

角膜，眼睛最前方的「鏡頭」

眼睛是一個精密的結構，猶如傳統照相機一樣。角膜就像是相機的鏡頭；視網膜則像是相機的底片。要有完美的底片成像，必須要先有一個透亮的鏡頭！角膜是一個清澈透明的結構，由外到內一共分為五層：上皮層（epithelial layer）、前彈力層（bowman layer）、基質層（stroma）、後彈力層（descemet membrane）、內皮細胞層（endothelium layer）。角膜覆蓋在眼球的最前端，正常為無色透明且沒有血管分布，但上面分布著非常豐富的神經纖維。一旦角膜受外力衝擊、外力創傷、角膜潰瘍或是末期圓錐角膜，都可能使角膜產生不透明的結締組織結構，造成角膜疤痕，進而影響視力。

（123RF）

依靠珍貴的捐贈，傳統角膜移植

角膜失明的病患可以透過角膜移植，重新獲得光明。而傳統的角膜移植可依照移植部位分為全層角膜移植（penetrating keratoplasty）、層狀角膜移植 （lamellar keratoplasty）、內皮細胞移植（endothelial keratoplasty）。其中，層狀角膜移植包含深層前角膜層狀移植（deep anterior lamellar keratoplasty, DALK）。 而內皮細胞移植又可再細分為後彈力層自動剝離內皮細胞移植（Descemet stripping automated endothelial keratoplasty, DSAEK），以及後彈力層角膜內皮細胞移植（Descemet membrane endothelial keratoplasty, DMEK）。比起最早的全層角膜移植，層狀角膜移植與內皮細胞移植除了可以降低移植後排斥的機率，也可以更加有效率的使用珍貴的角膜，造福更多角膜失明的病患。

要進行角膜移植，先決條件當然是要有人捐贈角膜。 眼角膜捐贈者年齡必須在1歲以上80歲以下，且具備中央七毫米（mm）清澈無疤痕的角膜。此外，該捐贈者不可有全身性感染（如感染人類免疫缺乏病毒、 Ｃ型肝炎、梅毒）、惡性腫瘤血液或淋巴轉移、不明死因、進行性眼內炎或眼部腫瘤。在嚴苛的條件下，伴隨臺灣的民情，捐贈的角膜非常稀有。雪上加霜的是，自從嚴重特殊傳染性肺炎（COVID-19）疫情爆發後，眼角膜組織捐贈大量銳減。在疫情嚴峻的當下，由於非緊急手術會延後開刀時間，住院病患也大幅下降，大大降低了眼角膜組織的勸募與捐贈量。因此，人工角膜的現身可說是為當今短缺的捐贈角膜組織提供一個紓困的新管道！

人工眼角膜的分類與特性

人工角膜可根據組成分為兩大類：硬式人工角膜 （hard keratoprosthesis）以及軟式人工角膜（soft keratoprosthesis）。硬式人工角膜中最常見的分別是波士頓型人工角膜（Boston keratoprosthesis, Boston Kpro）以及骨齒人工角膜（osteo-odonto-keratoprosthesis, OOKP）。而在軟式人工角膜中，第一個被美國食品藥物管理局（U.S. Food and Drug Administration, FDA）核可通過的則是AlphaCor人工角膜。 波士頓型人工角膜由四個結構所組成，由前到後分別為：前板、角膜、背板、鎖片。雖然波士頓角膜屬於人工角膜，但其中仍然需要使用到捐贈角膜的成分。這類型的人工角膜主要用於嚴重眼表疾病，像是化學性眼表灼傷（chemical burn）、史蒂芬強森症候群（StevensJohnson syndrome）、瘢痕性類天疱瘡（ocular cicatricial pemphigoid），病患在接受波士頓型人工角膜移植之後需要長期點類固醇眼藥水以避免排斥反應。使用這類的人工角膜手術中，常見的併發症有因眼睛內部發炎反應而產生的人工角膜後增生膜（retroprosthetic membrane）、手術後無法量測眼壓所導致的青光眼，以及感染導致的眼內炎。

骨齒人工角膜的移植則需要接受兩階段手術。首先是利用患者自己的牙齒作為支撐物，取下單一牙根與齒槽，用無菌平衡鹽溶液大量沖洗之後，切成厚度3mm 的長方形，並在中央打洞，最後放入光學鏡片；然後將骨齒人工角膜放回患者的臉頰內或身體上的其他地 方進行培養，等待3∼4個月後再取出使用。骨齒人工角膜的使用時機與波士頓型人工角膜類似，都用於嚴重眼表疾病。骨齒人工角膜手術之後最常見的問題來自於齒槽的吸收，齒槽被吸收之後會導致光學鏡片位置傾斜，進而影響視力；齒槽的吸收也和眼內炎有高度相關性。手術之後視力恢復的程度則和玻璃體出血以及青光眼有所關聯。

AlphaCor人工角膜不同於前面兩者，它的結構在周圍部分是偏軟的材質。AlphaCor人工角膜分為兩個部分—— 中央的光學中心以及周圍多孔裙襬組織，這兩部分都 是使用pHEMA（polyhydroxyethylmethacrylate）水凝膠材質。軟式的AlphaCor人工角膜可以降低移植波士頓型人工角膜產生的併發症，像是人工角膜後增生膜、青光眼、眼內炎。另外，由於AlphaCor人工角膜屬於軟式，植入物裸露機率也比較小。但是，軟式的 AlphaCor人工角膜比較容易產生基質溶解和光學中心沉澱物。

以生物工程技術製造的新型人工角膜

隨著科技日新月異、生物科技的快速發展，以生物工程技術合成的角膜逐漸受到重視。膠原蛋白（collagen）是角膜基質層的主要組成，而基質層也占了角膜整體厚度約90％。因此，以人類第三型膠原蛋白為主成分的生物工程技術合成角膜逐漸被重視；在臨床試驗中，此種人工角膜經移植四年後，仍可維持它的清澈度。當此種角膜運用在嚴重眼表疾病時，有一半的病患可以有視力上的進步。

此外，去細胞支架角膜（decellularized corneas）是目前最有希望可以進行大量模型複製的角膜；豬皮角膜（porcine cornea）則是此類角膜最常見的材料。由豬皮製成的生物工程角膜植入物，目前已用在20位患有晚期圓錐角膜疾病的患者，經過兩年的追蹤，發現病患的視力有顯著的進步。其中，14位患者在手術之前已失明，在手術之後恢復了部分視力。此種角膜不需要使用到捐贈角膜的原料，合成之後也可以保存兩年，甚至在手術之後僅需點八週抗排斥的眼藥水。除了提供更多元的角膜移植來源，也因為儲藏時效長，提升手術安排的便利性。不需要一輩子點藥的特性， 更可提升病患手術後的生活品質。

不過，如果需要大量生產人工角膜，3D列印將是一個至關重要的技術。首先需要使用去細胞支架角膜作為模板，配合適當的生物墨水。結構上除了可以仿真，也可以在角膜曲度以及厚度上更貼近真實的角膜，甚至可以配合病患原有的角膜結構進行設計。目前，3D 列印角膜在兔子實驗作測試。經過四週移植後，移植 3D列印角膜的組別比對照組看得更加清澈。

在可見的未來，我們可以期待科技的進步，將使人工角膜的選擇更加多元，提供病患更多貼近個人需求選擇的角膜移植原料，提升手術的成功率以及手術之後生活的 便利性，重新點燃角膜失明病患眼中的新曙光。