人造视网膜迎材料突破，Lambda vision携手NASA开展蛋白质基产品太空试验【Space Medicine系列案例】

视觉是人类以及大多数动物感知外界信息的重要来源，视觉功能的实现有赖于完整的视觉环路和健康的眼周环境。而当视网膜细胞渐进性凋亡、视网膜的完整性被破坏直至视觉功能完全丧失，就会导致视网膜退行性疾病的发生。

视网膜退行性疾病是慢性眼科疾病，主要分为两大类：遗传性视网膜退行性疾病和复杂视网膜变性所导致的视网膜退行性疾病。前者主要包括视网膜色素变性（RP），后者包括年龄相关性黄斑变性（AMD）等。

据2020年的一项调查显示，全球视网膜退行性疾病患者多达3000万人。在中国，视觉障碍是继听觉障碍后的第二大致残疾病，超过3.3%的中国人受到不同程度的影响。随着平均寿命的延长和社会老龄化的发展，视网膜退行性疾病导致的全球失明率不断增加，严重影响个体生活质量。

目前，治疗这种疾病主要的方式有药物治疗、基因替代疗法、干细胞疗法和视网膜假体移植。各种疗法针对不同时期的不同类型病因导致的视网膜退行性疾病，其疗效各有千秋。而在视力恢复领域，视网膜假体移植是更为理想的疗法之一。

针对视网膜假体移植，许多创业公司正在开展自己的研究项目。Lambda vision正是其中之一。

2009年，Lambda vision由Robert R. Birge、Nicole L. Wagner和Kirk Dornbush联合创办，总部位于美国康涅迪格州。与以往视网膜假体采取传统的刚性材料不同的是，Lambda vision采用一种基于蛋白质的视网膜假体，为失明或晚期视网膜退行性疾病（包括RP和AMD）提供一种恢复视力的方法。

目前，Lambda vision已从美国地方和国家研究基金中获得超800万美元的资金。2020年4月，公司又获得500万美元的NASA资金支持，同时与NASA和长期合作伙伴Space Tango签订长期合同，涵盖三年内飞往国际空间站的所有飞行计划，以完成核心产品——蛋白质基人造视网膜的改进和生产。

Lambda vision缘何斩获多项美国国家级研究基金？蛋白质基人工视网膜与其他介质又有何不同？太空的微重力环境是否会为蛋白质视网膜假体的生产带来突破和改变？

Lambda vision的创始人Robert R. Birge是光敏蛋白质研究领域的先驱，曾先后在加州大学河滨分校、卡内基梅隆大学化学系、康涅狄格大学等多所高校任职任教，发表研究论文250余篇，拥有五项关于使用蛋白质制造全息关联存储器、三维分页存储器和混合蛋白质-半导体器件的美国和国际专利。

Lambda vision总裁兼首席执行官Nicole L. Wagner师从Robert 教授，在其指导下获得康涅迪格大学分子和细胞生物学博士学位。自2007年起，Nicole就致力于含有视网膜的蛋白质应用。在博士生涯中，她与技术团队共同发现天然细菌紫膜质能够用于制造视网膜假体。

另一位创始人Kirk Dornbush则拥有超过15年的生物技术领域从业经历。2003年，Kirk联合创办了Iconic Therapeutics——该公司的主要产品候选药物ICON-1是一种基于FVIIa的重组蛋白，被用于治疗多种疾病，包括湿性年龄相关性黄斑变性（湿性AMD）和癌症。

Lambda vision正是起源于Robert和Nicole师生二人在康涅迪格大学的校园创业计划，是UConn技术孵化器计划的一部分。获得各地方和国家的资金支持后，Lambda vision也顺势借助这一开创性的技术发现与NASA、Space Tango等公司机构展开了新的合作。

治疗视网膜退行性疾病主要的治疗方法有药物和神经保护因子治疗、基因替代疗法、干细胞疗法和细胞再生和视网膜假体移植。

药物治疗是一种保守的辅助治疗手段，可以在一定程度上延缓疾病的进展并改善视力，但其治疗效果十分有限。作为药物治疗的补充，临床上也正在开发一系列神经保护制剂。

基因替代疗法在最近几十年中取得迅猛的发展，但该疗法主要面临两个问题，一是病毒载体容量小，二是给药方式容易导致视网膜脱离或出现黄斑裂孔。

由于视网膜细胞数目较少且具有免疫豁免性的特点，干细胞移植成为了修复和补充受损或凋残细胞的理想途径。在最近几十年里，有多达69个关于干细胞疗法的临床申请，但仅有两个项目进入临床Ⅲ期的研究。

视网膜假体移植原理是将视觉信号转变为电信号直接刺激视网膜内层细胞，从而帮助失明患者恢复光感。2013年由第二视觉开发的ArgusⅡ获得FDA批准，但在植入五年后，有40%的患者发生了严重不良事件。

眼球细胞示意图 来源:Lambda vision官网

人类致力于修复视力的探索从未止步，视觉修复的方法也层出不穷，但目前尚未有一款疗法能够完全做到视觉恢复。

药物治疗仅能在一定程度上缓解视觉退化的进程，但无法逆转；基因疗法仅在针对早期特异性基因突变的视网膜退行性疾病治疗时具有良好效果；干细胞疗法虽然能够针对晚期视网膜退行性疾病的治疗，但临床上副作用较大，目前没有相关产品获得批准用于临床治疗。相对来说，视网膜假体移植是视觉恢复领域理想的疗法之一，患者在植入假体后最佳视力可以达到20/546，但目前仍然无法帮助患者获取精细的视觉信息。

视网膜假体移植共有两种形式，一是视网膜外移植，外形似一副眼镜，通过外部设备采集电子信号刺激而感知外界信息；另一种是视网膜内移植，具有相同的电子采集原理，但将假体移植到视网膜下。视网膜外移植需要诸多外部硬件，例如镜片和通过手术植入的外部装置。因此，临床上正在追求一种侵入性较低、不良反应较小的视网膜植入物来使患者恢复部分视力。

目前为止，传统的视网膜假体材料大都为刚性材料，这种材料具有抵抗变形、稳定的优点。但这类材料都属体外材料，是生物体中并不具备的。

与现有的视网膜植入物不同的是，Lambda vision采用的材料是由细胞培养的蛋白质，全天然，生物可降解，不含外源异物或其他活体成分。也正因如此，这种植入物比机械设备的侵入性更小，身体也不太可能对其产生不良反应。

人眼非常敏感，所以类似金属视网膜一类的植入物具有很强的破坏性，导致炎症甚至产生排异反应，而生物合成的植入物比较柔软，由水凝胶和生物蛋白组成，具有良好的亲和性。

Lambda vision依赖的这种紫色的光活化分子——细菌视紫红质蛋白——是极端嗜盐菌 (Halobacterian halobium)紫膜上的唯一蛋白，嗜盐杆菌是一种在高盐沼泽中发现的微生物，属于古菌领域，是地球上最古老的生命形式之一。

这种蛋白质从高盐环境中分离出来，在实验室中生长和提纯，与视锥细胞中的感光色素一样，能够与光产生反应，就像相机一样使用色素来检测外部景象，产生电信号刺激大脑皮层,建立一个基于灰度的图像，模仿和实现视网膜的功能。

蛋白质基视网膜假体工作原理 来源：Lambda vision官网

Lambda vision研究的这种视网膜假体主要通过逐层沉积的方式进行——将基板浸入多种溶液并构建多层。这涉及一块纱布在多个烧杯中移动数百次的过程，自然重力环境里，反复的沉降、蒸发、对流和其他因素都有可能影响这种薄膜形成的均匀性和稳定性。在NASA的低地球轨道空间经济计划下，将蛋白的生产和改进放到空间站的微重力环境中成为降低重力影响的一种新方式。

2016年Lambda vision获得马萨诸塞州挑战赛CASIS-波音技术奖，并在两年后首次在空间站中展开试验。微重力环境中，蛋白质组织处于自由落体状态时，能够形成更好的视网膜蛋白层，改善在地球上的制造过程。在微重力环境中进行医学试验，具有巨大的潜力帮助人类克服疾病。

2019年6月，NASA向希望在微重力下制造、营销和推广商业产品和服务的行业合作伙伴开放国际空间站。除了Lambda Vision之外，NASA正在向其他六家公司提供种子资金，以探索在国际空间站上制造产品。

2020年4月，NASA向Lambda vision拨款500万美元，以探索在近地轨道空间站中关于细菌视紫红质蛋白的生产和评估。作为Lambda vision长期合作伙伴的Space Tango则专注于打造一个距离地球250英里的近地轨道市场，由其打造了一个名为CubeLabs的迷你实验室，Lambda vision的试验就在其中一个实验室中进行。

2021年，通过SpaceX第24次商业补给任务，NASA向空间站发射了四名宇航员，火箭上搭载着Lambda vision的迷你实验室，这个进行中的试验也将作为NASA努力发展数十亿美元的低地球轨道(LEO)太空经济的一部分。

今年5月，NASA再一次将Lambda vision试验带到空间站，预计展开六个月的试验观察。Lambda visio的首席执行官Nicole L. Wagner说，“即使在空间站中进行试验，但离真正的临床试验也大约需要三年的时间。”