波士頓人工角膜(Boston keratoprosthesis)

波士頓人工角膜為近代 core-and-skirt 設計的先驅，襯裙(skirt)部分具生物整合 性並環繞在光學核心(core)的部分，結構設計包含三個部分：PMMA(polymethyl methacrylate)前部(front part)，捐贈者角膜，PMMA 或鈦金屬(titanium)的背板(back plate)與鈦金屬 C 環(titanium locking ring)，以領扣形式(collar-button)組裝成三明治 夾層的構造(圖 2.3.1)，適用於患者本身不同的眼狀況而有兩種設計，其分別為 Type I 及 Type II，差異只在與前部的部分(圖 2.3.2)[34]。

圖 2.3.1 波士頓人工角膜組裝結構[35]

Type I Type II

圖 2.3.2 波士頓人工角膜前部設計[34]

在波士頓人工角膜中，透明的 PMMA 作為前部的光學區，角膜移植物以及背 板的部分作為養分傳輸的媒介，而在手術中以角膜移植物作為手術縫線縫合的位 置，最後部的 C 環則用於防止組裝脫落的裝置，簡化手術方式如圖 2.3.3 所示(Type I 為例)[36]。

圖 2.3.3 波士頓人工角膜手術圖示

( a )移除原角膜 ( b )人工角膜置入 ( c )手術線縫合於捐贈角膜[36]

最初整體設計是前部和後部的背板皆為 PMMA 的材質，並在背板的部分作實 心的設計。由過去的研究所知，包含上皮(epithelium)在內的角膜細胞代謝所需的 大部分養分(包含胺基酸、維他命、葡萄糖等)幾乎大部分都來自於角膜後方的前房 房水(aqueous humor)[37-39]，而淚液層則提供無機的離子或鹽分維持上皮的完整性 [40]，因此若背板為實心設計，則會阻止房水進入角膜移植物以及患者本身的上皮 層，長時間缺乏養分的前部組織使壞死發生[41]，最終導致移植失敗。由 Mona Harissi-Dagher 等人將波士頓人工角膜 Type I 於人體的臨床試驗說明，於 157 個患 者的眼中，實心設計的 78 個裝置裡，有 51%的比例有角膜溶解的情形，而在背板穿上八 個均勻的孔後的 79 個裝置中，角膜溶解的比例遽降至 10%[42]，在其中自體免疫疾病患 者占了一半。

圖 2.3.4 組裝後波士頓人工角膜 Type I 背板設計為(左)實心與(右)穿孔[42]

另一方面，因背板部分不須具備光學的功能並且其直接地接觸房水，其他材 料的嘗試也成為背板的改良考慮之一。在過去的人工關節置換與植牙中，成功被 使用而具有高強度、抗腐蝕、延展性、生物惰性佳而輕的鈦金屬材質[43, 44]於是 便成為取代 PMMA 的選項。在近期的體外研究已有將鈦金屬與 PMMA 同時做組 織培養，得出了上皮細胞在鈦金屬中的增殖能力(proliferation)與生存率相較 PMMA 材質佳的結果[45]。使用較輕薄的鈦金屬穿孔背板的波士頓人工角膜在 Amit Todani 等人回顧臨床研究中，以作為發炎指標而會使視力迅速喪失的人工角膜後增生膜 (retroprosthetic membrane)評估[46, 47]，其出現的比例相較使用 PMMA 材質也有明 顯的下降[48]。更新一代的波士頓人工角膜則是將原先有螺紋的 PMMA 前部軀幹 部分(stem)改成扣環，而後鎖 C 環則與背板部分結合成一體，並且背板的設計從 8 孔再增至 16 孔，其於 2013 年取得了 FDA 認證[49]，波士頓人工角膜裝置設計最 初與最終比較於表 2.3.1 中呈現。

在角膜移植物的部分，傳統上雖會使用捐贈者角膜，但因發展中國家捐贈者 角膜的缺乏，而促使了自體角膜用於波士頓人工角膜的發展，在 2010 年 Ament, J.

D.等人的研究中也顯示了連續 4 患者使用自體同側角膜(ipsilateral autologous cor-nea)結合波士頓人工角膜裝置術後 5 至 20 月內並無產生特殊的併發症[50] ，顯示 自體角膜在裝置使用的前瞻性。

表 2.3.1 波士頓人工角膜裝置[42, 49]

最初設計 最新設計

前部(Front part) PMMA 材質

角膜移植物(Graft) 捐贈者角膜 捐贈者或自體同側角膜

背板(Back plate) PMMA 材質，實心背板 鈦金屬材質，具 16 孔洞 C 環(Locking ring) 鈦金屬材質 鈦金屬材質，與背板結合

固定方式 利用前部軀幹(stem)螺紋 前部軀幹無螺紋扣鎖

圖例(Type I)

從 1992 年經過認證後至 2012 年止，波士頓人工角膜 Type I 已超過 8,000 個裝 置經由手術置入人體中，為目前最常使用的人工角膜種類[51]。由表 2.3.2 可知在 裝置波士頓人工角膜後的短期術後表現，其裝置移置入病人眼內統計由 2003 至 2010 止的資料(背板為穿孔背板的 PMMA 材質製成)可得術後視力敏銳度達 20/200(正常人在距離 200 英尺處可以看到的東西，需要在 20 英尺處才能看到的視 力)比例為 48%-75%，短期裝置維持比例則為 81%-100%，最常發生的術後併發症 為人工角膜後增生膜，比例從 25%-65%皆有[52-60]。波士頓人工角膜 Type I 相較 於傳統角膜移植術後視力回復迅速並且幾乎無散光問題，約半數以上在術後一個 月內能達到最佳視力，而屈光不正以及人工角膜後增生膜為其最顯著的缺點，需 要額外進行手術或矯正[56, 61]。術後長期的臨床表現如表 2.3.3 所示，大部分裝置 在最後回診檢查時其保留比例仍達到 70%-84%，結果與短期的維持比例並無太大

差距，在維持最佳視力敏感度的方面，仍有相當比例的眼睛數量達到四至七年的

在波士頓人工角膜 Type II 方面，因嚴重的自體免疫眼表疾病(autoimmune

於 Massachusetts Eye and Ear Infirmary 的臨床報告中，於 2001-2009 十年間植 入 Type II 的 29 名患者中，最初術後回復視力敏感度至 20/200 佔有 79.3%(23 個裝

以抵抗蒸散力以及增進眼表的濕潤防止角膜溶解或潰瘍，並可同時做屈光不正的 矯正[36, 66]。