完璧な義眼を創り出すための長い歴史

空中都市からロボット執事まで、未来的なビジョンが PopSci の歴史に満ちています。「Are we there yet?」コラムでは、最も野心的な約束に向けた進捗状況を確認します。シリーズの詳細は、こちらをご覧ください。

タール、動物性脂肪、金のワイヤーから塗装されたポリメチルメタクリレート、つまりプレキシガラスまで、完璧な義眼に至るまでの約 5,000 年の旅は、周期表を辿る冒険の旅でした。それはまた、芸術の物語でもありました。

1937 年 7 月、ポピュラー サイエンス誌は、16 世紀のベネチアのガラス職人にまで遡る吹きガラス技術を使用して義眼を作る技術について説明しました。1937 年に使用されたガラスは、ドイツから輸入された特別な在庫でした。その珍しい特性は、19 世紀初頭の人形職人の仕事に由来しています。人形職人は、グリーンランドで最初に発見されたナトリウム、アルミニウム、フッ化物を含む乳白色の鉱物である氷晶石をガラスに注入して、リアルな目を作る方法を習得しました。しかし、第二次世界大戦が始まると、ドイツの氷晶石ガラスの輸出は急停止し、義眼メーカーは新しいガラスの供給源と新しい材料を探さざるを得なくなりました。

歯科で初めて使用されたアクリルであるポリメチルメタクリレート（PMMA）の登場です。1940 年代から PMMA は義眼の材料として最も広く使用されてきましたが、義眼の技術は進歩を続けています。新しい材料、部品、ツール、プロセスにより、外観、快適性、機能、コストが向上し、最近では 3D プリントも登場しています。

眼科医になるということ

タール、粘土、木材、金属、石、ガラス、アクリルなど、何を使っていたにせよ、義眼製作者、つまり義眼製作者を何千年もの間結びつけてきたのは、彼らの芸術性です。材料が何であれ、義眼を作るには、多くの練習と、成型、彫刻、塗装の能力が必要です。

「これはまさに世代を超えた職業です」とアイオワ大学病院・診療所の眼科医リンジー・プロンクは言う。「家系があります。私の義父が教えてくれました」と彼女は言う。「ニュージャージーに3代目の友人がいて、今も父親と一緒に働いています。その父親のいとこは西海岸で、5代目になる息子を訓練しています」。プロンクは、眼科医になるには大学の学位は必要なく、「5年間の見習い期間、つまり3年間の実地訓練と2年間の眼の製作」、合計約1万時間が必要だと説明する。多くの大学が、眼科医の補佐を希望する学生向けに認定眼科技術者トレーニングプログラムを提供しているが、眼科医専用のプログラムはない。しかし、アメリカ眼科医協会は独自の眼科医カレッジを運営しており、他の専門組織とともに、筆記試験と実技試験に合格する必要がある認定委員会を設けている。プロンク氏は認定眼科医（BCO）です。2022年現在、米国では約170名のBCOが活動しています。

進化の軌跡

最も古い義眼は、中央に金糸でつながれた暗い円のある4,800年前の球体で、2006年にイランの遺跡で発見されました。古代ローマ人とエジプト人は、粘土に色を塗り、革紐で眼帯のような義眼を作っていました。16世紀のヨーロッパでは、木と象牙が最初にソケット義眼に使われた素材だったと考えられており、その後エナメルコーティングされた金と銀が使われました。しかし、義眼を本物そっくりのレベルにまで高めたのはベネチアのガラス吹き職人であり、何世紀にもわたって外観と快適さを改良するガラスの目の革新を引き起こしました。

人間のコミュニケーションの一形態としてアイコンタクトがいかに重要であるかを考えると、本物そっくりの義眼を求めるのは当然のことだ。2016年にPLoS Oneで発表された研究で、フランスとスイスの研究者らは、誰かと直接アイコンタクトすると、相手の存在に意識を向けさせる一連の脳活動が引き起こされると結論付けた。また、2024年に発表された研究では、研究者らは他の最近の研究が報告したアイコンタクトが恋愛感情や親近感に関連する主な合図の1つであることを裏付けた。義眼に関して言えば、視力を回復させることはできないものの、義眼は社会的関係の質に直接影響を与える可能性がある。そのため、外見以上に運動性が非常に重要になる。最も本物そっくりの義眼であっても、動かなかったり、機能する目と同期していなかったりすると目立ってしまう。

インプラントによる動作の改善

今日では麻酔は当たり前のようになっていますが、19 世紀後半までは手術は麻酔なしで行われていました。特に残酷で痛みを伴う眼科手術では、最後の手段として眼球摘出 (眼球全体の摘出) または眼球内容物の摘出 (強膜はそのままにして眼球の内容物のみを摘出) が行われました。ガラスの眼は通常、中空の強膜シェルで、まぶたの下に滑り込ませて、機能していない既存の眼球の上に載せます。しかし、固定されていないため、眼球の動きは制限されていました。

1885 年、イギリスの眼科医フィリップ ヘンリー ミュールズが、眼窩内腔または眼窩内に挿入されたビー玉大のガラス球である眼窩インプラントという、眼球の全体的な形と容積を復元する最初の眼内摘出術を行いました。ガラス製の人工シェルは、眼球ではなくインプラントの上に載せられました。ミュールズのインプラントは眼窩筋に付着していませんでした (非統合) が、それでも眼窩の軟部組織とともにわずかに回転しました。眼窩インプラント手術は、人工眼球の新たな章の始まりとなりました。

に掲載された記事 1948 年 12 月のLIFE 誌は、ボストンの研究者が開発した、眼窩にボール型の釘付き眼内インプラントを装着する手術を鮮明に描写した。釘付きインプラントを眼窩筋に取り付けることで、ボールは機能する眼と連動して回転する。取り外し可能な義眼が釘付きインプラントにカチッとはまり、必要に応じて交換できる。しかし、この手術で使用されたインプラントのアクリルと金属メッシュの素材 (不活性素材とも呼ばれる) は、筋肉が外れて不安定であることが判明した。また、釘が付いているため眼窩が感染しやすかった。

このような一体型インプラントは、1980 年代までほとんど使われていませんでした。しかし、海洋サンゴから抽出した新しい生体一体型素材であるハイドロキシアパタイトがアクリルに取って代わり、この手法が復活しました。海洋サンゴの多孔質特性が軟組織の成長を刺激し、インプラントの一体化を促進して安定性を高めました。しかし、海洋サンゴは少々粗いため、多孔質ポリエチレンや酸化アルミニウムなど、同様の多孔質素材が後に続きました。

プロンク氏によると、現在ではほとんどのインプラントは多孔質アクリルを使用して完全に一体化されている。「インプラントの球に 4 つの筋肉を取り付け、その上に組織を縫い付けます」と彼女は説明する。「その後、その組織はすべてインプラントに成長し、完全に一体化します。」 眼窩インプラント手術の約 6 週間後、プロンク氏が介入する。歯科医が使用するのと同じ材料を使用して、特注の義眼を作成するために眼の型を作る。米国では、すべての義眼は PMMA で作られており、かなり前からそうであったとプロンク氏は主張する。「米国でガラス吹きをする人はいないと思います。」

プロンク氏は、実際の眼に合うように虹彩を手で塗る作業（約 6 時間）に加え、義眼の曲率を調整して、同じになるようにすることにも時間を費やしている。快適さが鍵であり、「できるだけ多くの動きが得られるようにする」ことも重要だ。

需要の減少は良いことだ

10年以上更新されていない米国眼損傷登録簿によると、米国では毎年推定250万件の眼損傷があり、5万人が視力の一部または全部を永久に失っている。現在、こうしたデータは直接収集されていないが、米国眼科学会などの組織は今でもこうした統計を、カスタム義眼を製作する眼科医など、特定の眼科医療サービスの需要の指標として引用している。

しかし、プロンク氏は、眼科医としての18年間で義眼の需要は減少していると考えている。これは、世界的な失明傾向の体系的な調査結果とも一致している。同氏は、職場の安全に関する法律の改善や、負傷や外傷を受けた眼を救うための外科手術の進歩を理由に挙げている。

義眼の製作プロセス（型取り、アクリルの鋳造、虹彩の手塗り、研磨）は数十年にわたってほとんど変わっていないが、技術革新は止まってはいない。一部の眼科医は、特殊な粘着紙に印刷して義眼に埋め込んだ虹彩の画像をデジタル写真で撮影している。そして2021年には、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジの英国人患者が、カスタム3Dプリントされた義眼を装着した最初の患者となった。2024年にネイチャー・コミュニケーションズで発表された研究では、ドイツと英国の研究者が、10人の患者を対象に、3D義眼をスキャン、装着、印刷する自動化プロセスを評価した。患者はプリントされた眼の品質に高い評価を与えたが、このプロセスでは、最終的な調整や、場合によっては義眼の形作りに眼科医のスキルが必要だった。結局、自動化されても、リアルな義眼を作るには依然として技術が必要なのだ。

プロンク氏は、デジタル画像処理は義眼の製作に役立てられると考えているが、眼窩のスキャンから始まる 3D 印刷の技術が従来のプロセスに比べて大幅に改善されているとは考えていない。さらに、装置は高価だ。また、2D 印刷でも 3D 印刷でも、手描きの虹彩の複雑さに匹敵できるとは考えていない。

芸術に関しては、プロンクは絵を描くのが苦手だと告白する。しかし、彼女はアイリスの絵を描くのが大好きで、細かい部分にまで注意を払い、一層一層重ねて「より深みのある錯覚を与える」のだ。

将来の技術進歩について、プロンク氏は義眼の作り方に大きな変化はないと予想しているが、イーロン・マスク氏のニューラリンクのような企業による人工視力の進歩には勇気づけられている。しかし、眼球移植が先に来るのではないかと彼女は考えている。「肝臓移植と同じようにね」と彼女は言う。「その時点で、私は失業するでしょう。でも、失業する理由としては十分でしょう」