研究團隊藉由克服工程學、生物學、以及技術上等難題，如今終於打造出更好的人工子宮。這種人工子宮外觀為一個充滿液體的袋子，稱之為生物袋（biobag），讓早產的小羊在這裡待上四個禮拜，使其成長能更為成熟。雖然目前已有其他研究團隊設計過類似系統，但這次研究展示的成果，相對來得更為簡單直接。

這種生物袋的裝置，主要為透過管子，以便達到人工羊水的傳輸作用。雖然目前實驗尚未達到完美，且相關人類試驗還需等上一段時間，但對於該研究的新進展，對於許多孕婦及早產的嬰兒來說，仍是一道希望的曙光。

目前在美國以及歐洲，一年有約九萬個早產兒[1]出生，而其中只有約10%到50%的存活率；除此之外，早產兒可能會面臨高風險的腦部傷害、肺部疾病及其他嚴重的併發症。雖然目前有一些科技可以幫助早產胎兒存活，例如人工呼吸器，但這同時也會傷到他們，例如他們脆弱的肺可能難以承受，並影響肺部的正常發展。另外在過去，研究人員也試圖發展人工子宮的技術，但這之間仍存在著缺點，例如藉由額外幫浦來推動血液，並由充氧器（oxygenator）達到氣體交換，但這可能會導致嬰兒的血液流動不平衡，進而影響身體機能。

• 註1：早產兒係指懷孕週數滿20週，但未滿37週即生產之胎兒

• 影片中展示早產的小羊如何在生物袋內存活，並逐漸成長。

而時至今日，來自美國費城兒童醫院的研究團隊在《自然傳播》期刊上發表了有關人工子宮的新研究，而這研究過程經歷了無數次的修正與改良。在研究人員第一次研究該實驗時，將出生前的小羊浸在含有電解液的人工羊水內，並將動物與充氧器進行連接。研究的目的在於了解，透過這樣的環境是否能讓小羊存活。這個策略後來達到了意料之外的成功，動物共存活了108小時；可惜的是，由於敗毒症及其他併發症的因素，導致這些小羊最後無法繼續存活；而這也意味著，該研究仍有待加強之處。

經過一個月，團隊人員改善了原先的方法，他們發現交換（exchange）羊水的方式優於原先實行再循環（recirculating）的模式，並透過密封系統達到對外界的阻隔，接著透過臍帶連接小羊與氣體交換器，藉由牠自身的心臟來驅使血液及氧的循環。這種方式便有助於維持血壓及其他生理機能的穩定。

經過了四個星期，將小羊從生物袋取出觀察後發現，雖然胎兒仍有一些輕微的併發症，但總體上來說，成果是不錯的。而這些完成動物試驗的小羊，除了部分被犧牲用來研究人工子宮如何影響胎兒成長外，剩下的小羊至今已存活一年多。研究團隊預計大約在三年後，就可以開始進行相關人體試驗。那麼是否能讓胎兒一開始就在人工子宮內成長？研究團隊主持人Flake表示，他的目標在於幫助那些早產的胎兒，所以並無法提供嬰兒早期發展的部分。

目前這個研究仍有許多不確定性，例如胎兒在人工子宮內將如何面臨傳染疾病，抑或是這種新技術對嬰兒可能造成的長期影響。因此，在往後臨床試驗中，便需追蹤胎兒生理狀況一段時間，甚至好幾年，以確保我們不只是提高嬰兒的存活率，更可避免不必要的健康問題。

參考資料：

• Fluid-filled ‘biobag’ allows premature lambs to develop outside the womb
• An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb
• Breaking: Scientists Create An Artificial Womb

• 作者／蔣維倫｜泛科學 PanSci 專欄作家、故事專欄作家、udn 鳴人堂專欄作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑和三花貓。

Take Home Message

• 近視是因為角膜或眼球變形，使眼球折射光線能力太強，焦點落在視網膜前方，所以無法獲得清楚的景象。
• 雷射治療近視以達到減弱折射力為目的，主流術式有雷射原位層狀角膜塑型術（LASIK）和微創角膜透鏡提取術（SMILE）。
• 經雷射手術後，患者視力可以回到配戴眼鏡前的水準，散光減輕到輕度散光。不過術後最常見的副作用是乾眼症，因此手術前需和專業醫護團隊討論。

你常覺得遠處的景物看不清楚，總是要瞇著眼看東西嗎？這些都是近視的典型症狀。近視通常在 6～14 歲之間出現，多數人於 20 歲後趨向穩定。目前尚未釐清近視出現的原因，但戶外活動時間較長的兒童，近視的風險較低，不過仍不清楚是因為「看比較遠」、「戶外光線」，或「運動量較高」等因素所致。全世界的近視盛行率非常高，在美國，超過四成的人罹患近視，而東亞的一些國家，如臺灣，兒童的近視率甚至達八成以上。

壞掉的攝影機

為什麼會近視？主要是因為眼睛的結構是透過「折射光線、將光聚焦在眼底的視網膜」來獲得清晰的投影輪廓。所以當眼球變形（變扁）或角膜折射光線能力有問題（形狀出錯）時，光線聚焦的焦點會落在視網膜前方（圖一），投影在視網膜時就會呈現模糊的輪廓，無法獲得清楚的景象，此時稱為近視。當你的近視度數愈深，焦點就會距離視網膜愈遠。因此最簡單的改善方式，就是加一塊凹透鏡（眼鏡）來發散光線，進而調整光的路徑，讓光線重新聚焦在視網膜上。

切掉一點眼睛如何？雷射治療近視的原理

既然近視是「眼球折射光線的能力太強」，那麼用刀削掉一點眼睛，這樣可行嗎？可以。

如前所述，近視是由於眼球變形或折射力太強，使光線焦點落在視網膜之前。目前無法矯正變形的眼球，因此調整光線折射路徑，就成了最佳的治療方式。而眼球負責折射光線的組織，為最前方的角膜和位置在後方些的水晶體（圖一）；而又因為角膜暴露在外，醫師能用刀械直接削除，或是雕塑外型，所以角膜組織就成了外科手術治療近視的最直接選擇。雖然調整水晶體也能改善近視，但較不普遍。

最早，醫生便是利用刀具削去角膜以治療近視。 但需注意，削去眼球結構減弱聚焦能力，進而改善近視，仍不算是「治療」。由於這個方法無法改變眼球的整體形狀，因此眼球變形後，造成視網膜剝離等疾病的風險仍存在。

在雷射技術發明之前，醫師會用層狀角膜重塑術（automated lamellar keratoplasty , ALK）——微型刀械移除角膜組織，達到減弱折射力的目的，這種手術方式約盛行於 1980～1990 年代。直到雷射技術成熟後，才開始應用於治療近視，雷射依原理和發展時程可分為雷射屈光角膜切除術（photorefractive keratectomy , PRK）、雷射原位層狀角膜塑型術（laser-assisted in-situ keratomileusis , LASIK）、微創角膜透鏡提取術（small incision lenticule extraction , SMILE）。

雷射屈光角膜切除術（PRK）

雷射於 1980 年代開始用於治療近視，並逐漸發展出 PRK 術式。PRK 原理是利用雷射能固定能量的焦點、升高局部組織的溫度、進而氣化掉部分角膜最外層的上皮層細胞（epithelium，圖二），達到減少角膜厚度、降低折射力的目的（圖三）。

在此技術問世後，PRK 迅速地成為治療近視的首選，但因為要削掉角膜上皮層，同時也氣化了角膜裡的痛、觸覺神經，容易導致術後劇烈疼痛和視力恢復期過長等問題；再加上大面積的傷口直接暴露在外，術後洗頭、洗臉也容易導致感染，所以在新技術出現後，選用 PRK 的患者也逐漸減少。

雷射原位層狀角膜塑型術（LASIK）

LASIK 為目前雷射治療近視的主要術式之一。為了要減少 PRK 術後疼痛且感染風險高的困擾，科學家思考，是否能改善術式，盡可能地減少暴露在外的傷口呢？在 1990 年代，醫師開始建構另一種術式，也就是現在常聽到的 LASIK。

它所氣化的部分和 PRK 不同，主要是削除角膜裡的基質層（stroma）、盡可能地保留上皮層組織完整性；手術先切出一個類似「C」的傷口、創造並掀開一片角瓣膜（corneal flap），然後以雷射直接氣化、雕塑基質層細胞後再將角瓣膜覆蓋住傷口（圖四）。和 PRK 相比，LASIK 較少暴露於外界的傷口，感染風險較低。

由於術後恢復期較短且傷口較不會感到疼痛，使 LASIK 逐漸取代 PRK，成為主流術式之一，目前接受 LASIK 的眼球超過數百萬顆以上。

微創角膜透鏡提取術（SMILE）

為什麼要一直改良手術？因為醫學界希望能減少破壞角膜神經、縮小暴露外界的傷口。角膜是布滿神經的組織，能感受細微異物、刺激淚水分泌，達到排除異物、潤滑眼球的功能。神經束從內而外伸出、穿出鮑曼氏膜（Bowman’s membrane）並彎曲近直角、在上皮層細胞和鮑曼氏膜之間形成豐富的神經末梢（圖二）。

從角膜神經的分布可以推測出，最早的 PRK 氣化上皮層細胞的缺點，就是削除了神經末梢，造成傷口大面積的暴露，進而導致術後疼痛。而 LASIK 雖然減少了傷口暴露，但由於切出「C」形狀傷口、創造角膜瓣時，也同時切除了大部分的神經，導致大規模的神經受損，進而使眼睛無法自主分泌淚水，引起嚴重的乾眼症。所以科學家持續地構思新的解決方法。

相較於前兩種術式，SMILE 的歷史最短，它起源於 2002 年德國團隊的想法，直到 2007 年才開始臨床試驗。幾年後術式逐漸成熟，在 2016 年獲得美國許可治療近視，僅一年時間，全球就累積超過 100 萬次手術。

SMILE 使用雷射「可在特定深度聚焦」的優勢，手術分成兩個步驟：首先，聚焦雷射，隔空在角膜的基質層裡切出一個極小的凸透鏡結構；接著，在角膜表面切出約三毫米（mm）的小傷口，取出小透鏡。與 LASIK 須開出「C」形狀的傷口、斷開大部分的神經相比，SMILE 的創口較小，理論上切斷的神經比例較少、乾眼症的機率也較低，所以快速地成為患者主要選擇的術式之一。

雖然 SMILE 為較新的技術，但不能就此認定 SMILE 比 LASIK 更優秀。醫療手術仍須視個人體質、需求、經濟能力等，進行專業的個人考量。

雷射以後，連打靶都比較準了

許多人的工作高度仰賴視覺，軍人就是其中之一。在美國，SMILE 可治療近視和散光。去（2021）年《白內障與屈光手術期刊》（Journal of Cataract & Refractive Surgery）刊出一篇論文，研究 37 名軍人（74 顆眼睛）在 SMILE 術後的短期視力改變 。術前，患者皆有輕至中度的近視或散光，且分別有 10％ 和 20％ 的患者反應近視困擾了他們的工作和生活狀態。

而在 SMILE 術後的三個月內，約 96％ 的眼睛在不戴眼鏡（裸視）的情況下，視力可以達到正常人的標準^［註］。而原先生活和工作受到視力問題困擾的患者，全都降為 0％。在感受度調查也發現，約 83％ 患者對手術後擁有的視力更加滿意。其中 14 名軍人在手術前後都接受槍法打靶測試，儘管統計結果並無顯示出差異，但手術後的打靶成績稍稍高了些。不過，仍不能認為雷射近視手術使槍法更精準。

［註］正常視力的標準為裸視遠視力（uncorrected distance visual acuity , UDVA），意思是在史奈侖（Snellen）視力表裡，能看到 20／20（對應視力約 1.0）或更小的字。

手術的功效可以維持多久？     

中國上海復旦大學附屬眼耳鼻喉醫院，發表了一系列長期的研究，追蹤接受 SMILE 手術後的患者多年，並討論他們的視力改善。團隊招募了 26 人（26 顆眼睛，皆為單眼接受手術），接受 SMILE 約七年或更久。發現 26 顆眼睛在術後七年的視力，比七年前戴眼鏡時更好！以史奈侖視力表上 20／20 的字母為標準，術前 96％ 的眼睛戴眼鏡時可看清楚，術後有 100％ 的眼睛在裸視或脫離眼鏡後可看清楚。

而視力表裡更小的一行字（20／16，對應視力約 1.2），術前有 38％ 的眼睛戴眼鏡時可看清楚，術後有 73％ 的眼睛在裸視或脫離眼鏡後可看清楚。再小一行的字（20／12.5，對應視力約 1.6），有 19％ 的眼睛在雷射手術後可辨識清楚；而手術前，所有的眼睛在戴眼鏡後，都無法看清該行字。

換言之，經過近視雷射手術後的患者不僅擺脫了眼鏡，視力還可回到或優於配戴眼鏡前的水準；在散光方面，所有人在術前都有輕至中度不等的散光，而手術七年後，幾乎所有人都減輕為輕度散光。

雷射後會有後遺症嗎？

任何醫療手術都會有副作用，SMILE 最常見的術後副作用是乾眼症。儘管多個研究都認為，SMILE 的乾眼症比例及嚴重度都比 LASIK 少，因為和 LASIK 相比，SMILE 的優勢是創口較小且切斷的神經較少，因此術後保有較多神經，眼睛控制淚腺的能力較佳，乾眼症也較輕微，且恢復期較短。但這不代表不會出現乾眼症，和未接受手術的眼睛相比，SMILE 後眼睛分泌的淚水仍可能比較少。因此術後的自我照護，例如短期內避免感染和定時且長期地使用人工淚液，是雷射治療近視的必要作業。

儘管 SMILE 是安全的手術，且全球已有百萬例手術的經驗，但仍可能有手術中途失誤的情況發生，例如移除雷射切除的部分時，仍有殘存組織遺留在角膜內，或是失誤而切穿角膜上皮組織等。根據統計結果，這些手術中途失誤的發生率總和小於 1％，且似乎和醫護團隊的學習曲線有關，可能新手醫師比較容易發生手術中途失誤。不過，SMILE 令人最有感的副作用應該是金額，價格在十萬以上，並不是能輕鬆負擔的數字。

• 〈本文選自《科學月刊》2022 年 5 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。