新型巩膜接触式眼用冷却器实现离体猪眼治疗性低温水平

《Annals of Biomedical Engineering》：Therapeutic Levels of Hypothermia Achieved in Isolated Porcine Eyes Using a Scleral Contact Interface

本研究针对视网膜缺血/缺氧损伤缺乏靶向低温治疗技术的难题，开发了一种基于巩膜接触环（SCR）的主动冷却装置（SCEC），通过在离体猪眼模型中进行精确温度监测，证实该装置可在3.2分钟内使前部巩膜降至10.7°C，11.7分钟内使视神经温度降至30.2°C，达到神经保护所需的治疗性低温水平。该技术为眼部缺血性疾病的临床转化提供了重要工具。

　　

视网膜缺血和缺氧可在短短几十分钟内导致不可逆的视力损伤，而低温治疗已被证实能有效减缓神经细胞死亡。然而，现有的全身降温或侵入性眼部冷却方法存在风险高、操作复杂等问题，难以在临床中推广应用。为此，研究人员开发了一种新型巩膜接触式眼用冷却器（SCEC），旨在通过最小侵入方式实现眼内靶向低温治疗。

本研究采用离体猪眼模型，通过高分辨率MRI（9.4T）和微CT精确定位温度传感器植入位置，模拟眼周组织环境的37°C油浴条件。SCEC核心组件包括定制铝制巩膜接触环（SCR）、热电制冷器（TEC）和流体循环散热系统，通过反馈控制将SCR温度稳定在4°C，并持续监测巩膜、玻璃体及视神经等五个关键位点的温度变化。

主要技术方法

1. 1.
   离体模型构建：使用新鲜猪眼（n=5）植入微型温度传感器，维持眼内压15.2 mmHg，并通过油浴模拟眼周组织温度；
2. 2.
   SCEC系统设计：SCR接触面积390 mm2，TEC最大功率8.6 W，结合流体循环散热实现精确温控；
3. 3.
   多模态成像验证：通过MRI（0.078×0.078×0.8 mm分辨率）和微CT（54.6 μm分辨率）确认传感器位置。

研究结果

温度动态变化

SCR在2分钟内从34.5°C降至4°C，前部巩膜最快达到平衡温度（10.7°C），视神经温度下降幅度达3.6°C（最终30.2°C），所有位点均在12分钟内达到治疗性低温范围（28–35°C）。

传感器定位一致性

微CT数据显示传感器植入位置偏差较小（巩膜及视神经位点平均误差1.8±0.8 mm），支持跨样本数据可比性。

跨样本重复性

五组实验温度曲线高度一致，各传感器位点的均方根误差（RMSE）为0.3–2.8°C，表明SCEC在不同眼中均能稳定诱导低温。

讨论与意义

本研究首次在离体大动物模型中验证了SCEC的快速降温能力，尤其证实了视神经区域可降至30.2°C——接近既往研究证实的视网膜神经节细胞保护阈值（30°C）。尽管未模拟血流影响（缺血状态下血流减少可能增强降温效果），但结果仍为后续活体研究奠定基础。SCEC的设计参考临床常用巩膜接触设备（如Burian-Allen电极），具备临床转化潜力。未来可通过便携化设计实现缺血早期干预，为青光眼、视网膜动脉阻塞等疾病提供新的神经保护策略。