防走失，電梯直達
安全島報人劉亞東A來源：深究科學
作者：Mitchell Leslie
導讀
眼睛是心靈的窗戶，曾經對於白內障患者而言，他們的世界是灰暗而痛苦的。疾病本身已讓人飽受折磨，而治療過程更是如同煉獄。眼球需要被切開一個約11毫米的口子，治療後需固定頭部在病床上躺十天之久，出院後也需要漫長的恢復期。
而一位傳奇的醫生Kelman開創了超聲乳化手術，為患者帶來了新生，白內障患者在治療過程中不再需要承受巨大的痛苦，而只需要微創手術就能獲得治癒。
緊接著Alfred Sommer和Jules Stein在推動視覺健康上也做出了巨大的貢獻。
2023年，三位科學家以他們的傑出貢獻，獲得2023年拉斯克獎。他們共同研發的光學相干斷層掃描（OCT），不僅讓眼科醫生能夠更精準地觀察視網膜，更將醫學成像技術推向了新的高度。
20世紀60年代初，白內障手術對患者而言可謂是一場磨難，它徹底顛覆了患者的生活。手術中，醫生需要在眼球前半部分開一個切口，然後用鑷子輕輕取出渾濁的晶狀體。術後，患者需在醫院病床上躺上長達十天之久，有時甚至需要沙袋固定頭部。即便出院，患者也至少需要一個月的恢復期才能重新投入正常生活。
然而，到了60年代，曼哈頓眼耳鼻喉醫院的眼科醫生Charles Kelman開創了一種微創療法，成功將白內障手術轉變為門診手術。這種名為“超聲乳化”的手術，醫生會使用一種類似牙醫潔牙用的超聲波儀器，所以僅需對眼部進行小切口。該儀器能夠震碎晶狀體並吸走碎片。
起初，Kelman的超聲乳化手術受到許多同行的嘲笑。弗吉尼亞聯邦大學醫學院眼科醫生Christopher Leffler表示：“這一技術與當時的手法有著天壤之別。”然而，事實證明，與傳統手術相比，超聲乳化手術不僅更加有效，而且對患者更加友好。如今，美國的外科醫生使用它來治療超過90%的白內障患者。儘管自Kelman的時代以來，研究者們已經開發出了其他方法，但Leffler表示：“超聲乳化手術至今仍未被超越。”目前，Leffler正在撰寫一本關於白內障手術歷史的書籍。
埃及晚期眼睛雕塑
開創超聲乳化書，Kelman獲得了2004年阿爾伯特·拉斯克臨床醫學研究獎。另有六位科學家和醫生因致力於改善視力健康而榮獲拉斯克獎。他們發明了深入觀察視網膜的技術，幫助預防每年導致成千上萬兒童失明甚至死亡的眼疾，解鎖了治療世界兩大致盲原因的首個療法，併為眼科研究注入了亟需的資金。
01
堅持不懈，屢敗屢戰
Kelman是一位個性鮮明的人物，他創作了一首熱門單曲，在大西洋城進行了一場精彩的表演，甚至學會了駕駛直升機。同時，他也是一個堅持不懈的人，這一品質對於他開發新的眼科手術至關重要。
Kelman
在傳統的白內障手術中，切口需要足夠大，約11毫米，以便10毫米直徑的晶狀體能夠透過。Kelman突發奇想，設想晶狀體可以透過小切口取出，從而加速患者的康復。然而，挑戰在於如何將晶狀體透過2毫米的開口取出。Kelman發現，用化學方法分解晶狀體並不可行。他隨後嘗試了“幾十種器械”，包括一位同事描述的“齒輪螺絲安裝、類似絞肉機的裝置”。
這些器械要麼無效，要麼破壞性太強。Kelman走投無路之際，想起了在牙醫診所見到的一種超聲波儀器，這種儀器的尖端能迅速振動，以清除牙菌斑。他想，類似的儀器或許能將渾濁的晶狀體震碎。“這個概念聽起來很簡單，但要做到不傷害眼睛，卻是一項技術上的壯舉。”Leffler說道。Kelman與牙科儀器的製造商合作，生產了一款可用於眼科手術的儀器，隨後在動物和200多具遺體上進行了測試。然而，他在自傳中寫道，他對病人的首次手術還是一場災難。
Kelman並沒有被打敗，他堅持不懈，對儀器進行了改造，並對技術進行了完善。到了20世紀70年代初，他已經能夠定期進行這項手術，並設立了一個專案來教其他外科醫生。儘管如此，他的許多同行仍然強烈反對這種方法。Leffler表示，直到20世紀80年代，超聲乳化手術才逐漸流行起來，因為這項技術需要時間來成熟。到了90年代，它已成為白內障手術的首選方案。
02
1997年，阿爾伯特·拉斯克臨床醫學研究獎得主Alfred Sommer，在將自己的發現付諸實踐的過程中，也不得不克服其他科學家強烈的懷疑態度。然而，這些發現最終拯救了成千上萬兒童的生命，使更多人免於失明。“他做出了非常非常重要的貢獻。”英國倫敦衛生與熱帶醫學院眼科醫生和國際眼健康專家Clare Gilbert說道。
Sommer是馬里蘭州巴爾的摩約翰·霍普金斯布隆伯格公共衛生學院的一位眼科醫生和流行病學家。在仔細研究其團隊於20世紀70年代末在印度尼西亞開展的一項研究的資料時，他經歷了“震撼的一刻”。該研究追蹤了約3500名農村兒童，其中一些患有乾眼病，這是一種因維生素A攝入不足而導致的眼部疾病。患者通常會出現夜盲症，甚至可能永久失明。當時，乾眼病在美國等富裕國家較為罕見，因為大多數人的飲食中維生素A含量充足，但在較貧窮的國家，這仍是一個問題。
1978年，Sommer在印度尼西亞為一位兒童檢查眼睛
試驗結束後，Sommer大約擱置了兩年才著手分析資料。然而，在1981年的一個週末，他開始翻閱結果並計算數字。“突然，我說，‘這裡到底發生了什麼？’”他回憶道。他注意到，患有乾眼病的兒童往往三個月後的隨訪評估時沒有出現——因為他們已經去世了。Sommer和同事發現，即使是患有輕度乾眼病的兒童，其死亡的可能性也是健康眼睛兒童的四倍。
Sommer發現，維生素A缺乏症比公共衛生專家所想的要嚴重得多。“這不僅是導致失明的重要原因，也是死亡的一個來源，”Gilbert說道。研究人員現在知道，維生素A攝入不足的兒童在患上麻疹等傳染病時更容易死亡。
然而，當時“絕對沒有人相信這一點，”Sommer說道。這一發現意味著，增加兒童維生素A的攝入量不僅可以挽救他們的視力，還可以挽救他們的生命。Sommer和同事在印度尼西亞的幾個村莊進行了測試。接受維生素A膠囊（當時每個膠囊成本為兩分錢）的兒童死亡率下降了約50%。
懷疑者仍然不相信。然而，Sommer和其他研究人員進一步的工作證實了補充維生素A對營養缺乏兒童的健康益處。“在過去30年裡，低收入國家因角膜瘢痕導致的兒童失明率大幅下降，這通常與維生素A缺乏症有關，”Gilbert說道。
Sommer表示，他注意到其他研究人員未能發現的模式，部分原因是他“是個善於從不同角度思考的人”。但他也深入研究了資料，對其瞭如指掌。“你必須檢視所有資料，瞭解它們背後的驅動因素，以及它們之間如何關聯，”他說道。
03
視覺科學和防盲的慈善家Jules Stein
與Kelman和Sommer一樣，1975年阿爾伯特·拉斯克公共服務獎得主Jules Stein也接受過眼科醫生的培訓。然而，Stein對眼科健康的最大貢獻卻來自於他的慈善事業和倡導活動。1960年，他創立了防盲研究基金會，該基金會已頒發超過4.13億美元的科研補助金。Stein的遊說活動也有助於建立國家眼科研究所（NEI），這是國家衛生研究院（NIH）支援眼科研究的一個分支。
Stein眼科研究所（UCLA）於1966年開業
Stein本人是一位音樂家，20世紀20年代初，他短暫地從事醫學實踐，後來辭職創辦了美國音樂公司（後來更名為MCA），這是一家經紀公司。他和同事們不斷擴張和多元化公司，將其打造成一家娛樂巨頭，代表當時大多數好萊塢主要明星，並製作電影、電視節目和音樂。
據其孫女透露，Stein創立防盲研究基金會是因為當時“沒有一個組織致力於消除導致失明的疾病”。基金會首批行動之一就是在美國六所大學資助新建眼科研究機構。如今，該基金會每年約發放1100萬美元的研究補助金。
Stein還積極推動在國立衛生研究院（NIH）內建立獨立的眼科研究所。儘管遭到了NIH主任和其他高階公共衛生官員的反對，Stein還是努力推動此事，包括在國會的證詞，最終促使建立國家眼科研究所（NEI）的法案在1968年獲得透過。即便如此，NEI的成立也並非板上釘釘：當時美國總統林登·約翰遜原打算否決這項法案。Stein卻成功說服約翰遜支援該法案。“在視覺科學和防盲方面，Stein是世界歷史上最重要的慈善家，”一位眼科同行在Stein1981年的訃告中寫道。
04
其他科學家曾警告過Napoleone Ferrara不要開始這項最終讓他贏得2010年拉斯克·德貝基臨床醫學研究獎的調查。他打算追蹤一種促進血管生長的蛋白質，但同事們警告說，這項研究可能既具挑戰性又耗時長久，“可能會毀掉他的職業生涯”，如今在加州大學聖地亞哥分校任職的Ferrara回憶道。但他卻不顧這些擔憂，因為這項研究“太令人興奮了”，他回憶道，“我對此著迷不已。”
Ferrara及其同事不僅成功捕捉到了這種被稱為血管內皮生長因子（VEGF）的蛋白質，還研發出了抑制它的抗體。因此，他們為世界兩大失明原因——溼性年齡相關性黃斑變性（AMD）和增殖性糖尿病性視網膜病變——提供了首批治療方法。對於這兩種病症，以VEGF為靶點的抗體仍是標準療法，也是醫學領域應用最廣泛的治療方法之一。田納西州納什維爾市範德比爾特大學醫學院的視覺科學家John Penn指出，Ferrara的發現所產生的影響“幾乎無法估量的”。
圖示惡性細胞（粉紅色）促進新生血管形成。細胞釋放血管生長因子蛋白，如血管內皮生長因子（VEGF），促進現有血管的生長
新生血管的形成，即血管生成，在癌症中至關重要，因為腫瘤需要專門的血液供應來滿足其對營養物質的渴求。在溼性AMD和增殖性視網膜病變中，異常血管也會生長並損傷視網膜。
當Ferrara開始研究並最終發現血管內皮生長因子（VEGF）時，他正在研究垂體腺，試圖確定它是如何發展出如此多的血管的。他確定了一組可能促進血管生成的垂體細胞，並將它們與來自血管內襯的內皮細胞混合在一起。“結果令人驚訝，它們促進了內皮細胞的生長，”他說道。這一發現表明垂體細胞正在釋放一種刺激血管生成的蛋白質。Ferrara表示，鑑於當時的技術，從垂體細胞產生的其他更豐富的蛋白質中篩選出這種蛋白質可能需要數年時間。而且，他只能在業餘時間進行這項工作。他的日常工作是在位於加利福尼亞州南舊金山的生物技術公司基因泰克公司調查一種加速分娩的實驗性治療方法。然而，僅過了兩年，也就是在1989年，Ferrara和他在基因泰克的同事便分離出了VEGF並確定了其基因；同時，一個獨立團隊也幾乎在同一時間識別出了該基因。
啟用VEGF（紅色）導致VEGF受體單體的二聚化。
Juan Gaertner/科學來源提供
在發現VEGF之後，Ferrara及其合作者便可以開始研究如何阻斷其效果。為了抑制異常的血管生成，研究人員生成了一種單克隆抗體，這種抗體後來成為了雷珠單抗藥物，並已獲得美國食品和藥物管理局批准，用於治療溼性年齡相關性黃斑變性（AMD）和增殖性糖尿病性視網膜病變。如今，眼科醫生可以選擇六種阻斷VEGF的抗體。這些藥物使這些疾病變得可控。彭恩表示，例如，在溼性AMD中，這些抗體可使約90%的患者停止形成缺陷血管，並使約30%的患者視力得到改善。
患者之所以看得更清楚，是因為Ferrara“無法抑制的科學好奇心”。
05
光學相干斷層掃描助力眼疾患者
憑藉2023年拉斯克-德貝基臨床醫學研究獎得主們的傑出貢獻，眼科醫生們如今能夠更早、更輕易地診斷視網膜疾病。這些獲獎者包括麻省理工學院（MIT）的電氣工程師James Fujimoto、同樣來自MIT的電子研究員Eric A. Swanson以及如今在俄勒岡健康與科學大學波特蘭分校擔任眼科醫生的David Huang。這三位科學家共同發明了光學相干斷層掃描（OCT），該技術為眼科醫生提供了視網膜的更為詳細的檢視。
“這項技術使我們能夠以以前不可能的方式對視網膜進行成像並測量疾病，”加利福尼亞州拉霍亞的斯克裡普斯診所的視網膜專家Martin Friedlander說道，他並未參與該技術的研發工作。
患者視網膜的光學相干斷層掃描顯示糖尿病性黃斑水腫，這是糖尿病患者視力喪失的最常見原因
Fujimoto和Huang（當時是Huang在Fujimoto實驗室攻讀醫學博士和哲學博士學位）於上世紀80年代開始研發OCT。他們當時正在研究一種名為干涉測量的方法是否能用於測量角膜和視網膜的厚度。干涉測量法如今在天文學和工程學等領域已十分常見，其原理基於這樣的觀察：當兩束光結合時，如果它們同相，則會相互放大；如果異相，則會相互抵消。兩人制造了一臺裝置，將一束光分成兩束，其中一束射向樣本，另一束射向鏡子。兩束光在反射回各自目標後重新結合，並繼續前行至探測器。透過分析由此產生的干涉圖樣，研究人員能夠確定從樣本反射回來的光的傳播時間，從而計算出其厚度。
Huang、 Claire Pomeroy、Fujimoto、Swanson在2024年拉斯克頒獎典禮上
Huang回憶道，當他們在視網膜組織樣本上試用這臺裝置時，從視網膜反射回來的光形成了一種複雜的圖案，使得厚度難以測量。“我看到那是來自視網膜內部層的訊號，而不是噪音，並認識到了利用它構建影像的機會。”儘管他們的原型裝置能夠區分視網膜的層次，但處理過程非常緩慢。兩人需要Swanson的幫助，Huang曾將他描述為團隊的“秘密武器”。Swanson一直在開發衛星間光傳輸技術，他設計了更好的探測器和光學系統，大大提高了裝置的速度。1991年，研究人員準備在《科學》雜誌上發表一篇論文，首次介紹OCT。隨後，團隊很快為眼科醫生打造了一款可用的儀器。
當時，檢眼鏡是檢查眼睛的標準儀器，但它只能提供二維檢視。而OCT則能生成解析度更高的三維影像。Friedlander表示，OCT“是‘金標準’”。
這組拉斯克獎得主改善了眼疾患者的生活，但他們的發現產生了更廣泛的影響。Ferrara和同事還開發了一種能夠阻斷VEGF的抗體，成為某些癌症的標準治療方法。OCT不僅證明了對診斷眼病有價值，還對其他醫療用途具有多種價值，例如指導心臟動脈支架的植入。Leffler表示，超聲乳化術也推動了當今其他常見微創手術的發展。例如，接受腹腔鏡手術或膝關節韌帶修復的患者也是Kelman願景的受益者。
原文連結
https://laskerfoundation.org/visualizing-better-eye-health/