材料的改良

雖然至目前為止，許多各樣設計的人工角膜已獲得空前未見的里程碑，但仍 然有一些問題存在：在 AlphaCor 的設計裡，容易出現光學區鈣化而混濁的現象；

Boston Kpro 所使用的堅硬材質，使其裝置容易引發青光眼或裝置脫出等情況；並

且在兩者中皆因缺乏上皮化使因上皮層屏障的短缺易引起的感染及人工角膜移植 失敗等。因此，這些障礙仍舊使得人工角膜的運用僅多用於捐贈角膜移植失敗後 的方法[82, 83]。

於 David Myung 等人的研究中，整體類似於 AlphaCor 但改良了其中的材質及 製孔方法的水膠在 2007 年已被研發，其製作方法先將 PEG(poly(ethylene glycol)) 與 PAA(poly(acrylic acid)以互穿網絡的方法，同時利用其兩種性質差異大的構成，

組成雙網絡(double-network)水膠作為光學區，再利用光蝕刻(photolithography)方式 將 PHEA(poly(hydroxyethyl acrylate))水膠作微米等級的孔洞成為角膜襯裙部分，而 後再度使用互穿網絡的手段將兩者合成為一體，並最終將廣泛用於皮膚等組織的 第一型膠原蛋白(type 1 collagen)作化學修飾於整體人工角膜表面，最終樣貌如圖 2.3.16 所示[84]。

圖 2.3.16 David Myung 研發之不同材料的人工角膜(左)微觀樣態(右)巨觀樣態[84]

其優點眾多，包含在光學區因雙網絡水膠而具備高機械強度以及高含水量的 特性，並同時因材質的選用使光學區具有彈性使其減少青光眼的併發症產生，而 抗蛋白附著(protein-resistivity)的能力則用以避免混濁而失去視敏度。在襯裙的部分，

使 用的 PHEA 材料為 含有親水、細胞相容性、彈性，以及能夠快速光交聯 (photopolymerization)成網絡等特性，並因其澎潤性不高因此可以維持光蝕刻後孔

洞的大致樣態。而整體水膠完成後所使用的膠原蛋白化學修飾，使其前端表面具 有生物活性，誘導上皮細胞長上並黏著於水膠表面，作為屏障以防止感染發生。

水膠檢測結果最終於光學區部分達到了 96%的高透光度、接近於人體眼角膜 的折射率 1.35(人體眼角膜為：1.376)，85%比例的高含水量，以及 1.1MPa 的拉伸 強度。另外在襯裙部分，光蝕刻的結果造就了開放性的貫穿孔洞，並達到足夠的 單軸拉伸強度 470 kPa(人眼角膜最高限制：250 kPa)。而膠原蛋白的修飾也使得上 皮細胞及纖維母細胞長上於光學區部分，並長入於襯裙的孔洞之中[84]。

另一方面，應用生物材料至人工角膜也有了相當程度的發展，目前已知第一 型膠原蛋白為人眼角膜中佔有相當比例的成分，其不僅存於人體，在牛、豬身上 等皆有此膠原蛋白的存在。如圖 2.3.17 所示，膠原蛋白本身為三股螺旋(triple-helix)、

半剛性棒狀(semi-rigid rod)結構，因此組成水膠時，其高強度的機械性質能夠使角 膜承受眼內壓及剪應力等內外壓力。然而，膠原蛋白在生物體中容易被膠原蛋白 酶(collagenase)所分解(biodegradation)及吸收以作為身體的修復，因此需要用交聯 等方式穩定化[85]。

圖 2.3.17 第一型膠原蛋白

http://www.sigmaaldrich.com/life-science/metabolomics/enzyme-explorer/learning-center/structural-prote ins/collagen.html

由 Yuwen Liu 等人的研究，將膠原蛋白利用簡稱為 EDC/NHS 對生物無毒的化 學交聯方式，以延遲膠原蛋白的降解，且因額外加入的交聯劑不會合成入水膠結 構裡，使整體水膠不會有毒性的問體產生，並於植入生物體後使其自體細胞能夠 漸進式的長入移植的水膠網絡之中。

圖 2.3.18 膠原蛋白水膠(左)植入生物體術後六月的微觀狀態(右)初始巨觀型態[85]

交聯合成的膠原蛋白水膠如圖 2.3.18 所示，相較於眼睛銀行內的捐贈眼角膜 更加透明，並能夠承受手術的縫合，對細胞也不具毒性。而在其植入兔子、豬等 動物實驗當中，術後剛開始雖有輕微模糊的現象產生，但術後一星期皆有再上皮 化(re-epithelization)的情形。在 24 隻動物經過術後 6 個月的實驗當中，僅有一隻動 物表現輕微模糊的病狀，並且基質細胞及神經也遷入膠原蛋白水膠之中，而無任 何發炎、厚度改變或排斥跡象產生[85]。

目前人工角膜的發展不僅限於裝置設計的改良，不同人工合成材料的研發以 及生物材料的構想也漸漸成形，因此雖目前人工角膜的使用還尚未超越捐贈角膜 移植的普遍度，然在未來仍具有相當前瞻性的發展存在。本研究以 AlphaCor 人工 角膜為基礎，使用不同材料的比例配方改良，嘗試做出具有微米級的大孔洞的角 膜襯裙材料。