PITTSBURGH — 과학자들은 수세기 동안 성공적인 안구 이식을 위해 노력해 왔습니다. 초기 시도는 Mary Shelley의 일기처럼 읽혔습니다. 개의 눈을 쥐의 사타구니에 이식하고, 쥐의 눈을 다른 쥐의 목에 이식하고, 양의 눈을 한쪽 소켓에서 뽑아서 다른 쪽 소켓에 넣었습니다.
그러나 살아있는 사람에게 전안 이식을 성공적으로 한 적이 없습니다. 눈의 복잡한 근육, 혈관 및 신경망 (뇌와 직접 연결)은 과거의 실험을 실패로 이끈 운명입니다.
이제 피츠버그 이식 외과의 팀은 그 흐름을 바꾸는 것을 목표로하고 있습니다. 외상성 눈 부상을 입은 사람들의 시력을 회복하기 위해 기증자의 눈을 사용하여 다음 10 년 내에 그렇게 할 수 있기를 바랍니다.
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피츠버그 대학 의료 센터 성형 외과 의사이자 연구팀 장인 기아 워싱턴 박사는 “10 년 후에는 인간의 안구 이식을 할 수 있기를 희망합니다. 명백한 이유로 매우 회의적입니다. 이것은 일종의 문샷입니다.”
그리고이 프로젝트의 주요 자금 지원자 인 국방부에 특별한 관심을 갖는 문샷입니다. 외상성 눈 부상은 미군 병사들에게 네 번째로 흔한 전투 부상입니다. 군인과 민간인을 모두 포함하면 거의 백만 명의 미국인이 눈 부상으로 인해 시력이 나 빠지고 있습니다. 기부자의 눈으로 워싱턴과 동료들은 언젠가 많은 사람들이 다시 볼 수 있다고 믿습니다.
시력 확보
동물에 대한 안구 이식 시도가 처음보고 된 것은 19 세기에 시작되어 제 2 차 세계 대전 중 최고조에 달했습니다. 1977 년에 국립 안과 연구소의 태스크 포스는 신중한 실험실 조사 끝에 전체 안구 이식이 성공할 수 없다고 결론지었습니다. 이 실험은 면역 거부, 부적절한 혈류, 신경 기능 부족 문제로 시달렸습니다.
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If 이식 된 눈은 항상 볼 수 있으며 신경 연결은 필수적이며 안구 이식의 가장 복잡한 부분이기도합니다. 눈과 뇌를 연결하는 시신경은 뇌 및 척수와 함께 중추 신경계의 일부입니다. 신체의 다른 부위 (예 : 손가락 또는 두피의 신경)가 손상을 견디고 쉽게 재생되지만 중추 신경계는 그다지 탄력적이지 않습니다.
그러나 워싱턴과 팀은이를 깨기 시작했습니다. 시신경의 코드, 세포를 체외에서 유지하고 기증 동물에서 재성장하도록 유도합니다.
최근 수십 년 동안 면역 억제제와 미세 수술 기술을 포함한 이식 의학의 다른 측면에서 엄청난 발전을 보였습니다. , 워싱턴은 이전에는 불가능했던 이식을 허용했다고 말했습니다.
“손 이식이 발생하기 20 년 전 10 년 동안 많은 회의론이 있었고 단순히 기술이 없었습니다.”라고 워싱턴은 말했습니다. “안구 이식에 대해서도 똑같은 주장을 할 수 있습니다.”
팀은 지난달 시신경 연결을 포함하여 쥐의 눈을 다른 쥐에 성공적으로 이식 한 것을 보여주는 논문을 통해 큰 진전을 이루었습니다. 장기는 건강했고 2 년 후까지 살아났습니다. 다음 단계는 국방부 기금으로 설치류, 영장류, 그리고 궁극적으로 사람의 시력을 회복하기 위해 신경을 재생하는 것입니다.
“기아의 쥐 모델 개발은 엄청난 규모입니다. 눈 전체를 성공적으로 이식하는 데 필요한 복잡한 과학을 수행 할 수있는 능력의 발전”이라고 Wisconsin 대학의 안과 및 시각 과학 교수 인 Washington과의 공동 연구자 인 Rob Nickells는 말했습니다. 질문, 그녀는이 업적을 달성 한 최초의 외과의가 될 것입니다.”
신경의 문제
이 안구 이식의 핵심은 섬세한 시신경의 문제라고 팀원들은 말합니다. 첫 번째 장애물은 단순히 신경을 살아있게하는 것이 었습니다.
“이식을 위해 눈을 채취하는 것만으로도 모든 세포가 죽어야한다고 말하는 것입니다.”라고 Nickells는 말했습니다.
마우스, Nickells는 세포 사멸을 조율하는 핵심 역할을하는 BAX 유전자에 초점을 맞췄습니다. 2010 년에 그는이 유전자가없는 마우스가 손상 후에도 시신경 세포를 잃지 않았다는 사실을 발견했습니다. 모든 세포는 3 주 이내에 죽었습니다.
그 이후로 Nickells는 단순히 BAX 나 다른 유전자의 존재뿐만 아니라 유전자 발현이 뉴런 생존에 어떻게 영향을 미치는지 연구 해 왔습니다. 앞으로 그는 BAX를 차단할 수있는 약물 후보를 찾기 시작할 계획입니다. BAX는 수혜자에게 전달 될 때까지 기증자의 눈을 보존하는 솔루션에 이론적으로 추가 할 수 있습니다.
두 번째 장애물 , 세포를 살아있게 한 후 실제로 신경이 성장하도록 자극합니다. 기증자 신경은 단순히 수혜자 그루터기와 결합 할 수 없지만 대신 눈에서 뇌까지 완전히 다시 자라야합니다. 성인의 경우 신경 세포는 이러한 성장 능력이 부족하지만 하버드 의과 대학 신경학과 교수 인 Zhigang은 시계를 되돌리려 고 워싱턴과 협력하고 있습니다.
“우리는 재 프로그래밍 할 방법을 찾아야합니다. 오래된 뉴런은 젊은 뉴런이된다. 성인 뉴런은 성장 능력이 없다. 어떻게 든 우리는 그들이 다시 자라도록해야합니다.”
1 월에 그와 그의 팀은 새로운 약물 칵테일이 생쥐에서 정확히 할 수 있다는 것을 보여주는 논문을 발표했습니다. 이 약물은 종양 억제 경로를 비활성화하고 뉴런이 성장하도록합니다. 연구자들이 뇌 바로 바깥쪽에있는 시신경을 절단하면 신경이 다시 자라서 28 일 이내에 그 간격을 메워줍니다.
하지만 쥐가 실제로 볼 수 있을까요? 이 질문에 답하기 위해, 연구진은 부상 8 주 후 생쥐에게 세로 흑백 줄무늬가 그려진 회전 드럼을 보여주었습니다. 일반 마우스는 자연스럽게 머리를 돌려 줄무늬를 따라갑니다. 재생 된 신경을 가진 쥐는 움직이지 않았고, 이는 볼 수 없다는 것을 나타냅니다.
그는 새로 자란 신경이 정상 신경과 중요한면에서 다르기 때문에 시력을 회복하지 못하는 일이 발생했음을 깨달았습니다. 눈의 전기 신호가 뇌에 도달하기 전에 감소했습니다.
이것은 다발성 경화증 환자의 신경에서 볼 수있는 것과 똑같은 문제라는 것을 그는 알고있었습니다. 그래서 연구자들은이 쥐들에게 MS 약물 4-AP를주고 3 시간 후에 다시 테스트했습니다. 갑자기 동물들은 회전하는 드럼에 반응하여 머리를 움직이기 시작했습니다. 맹인 쥐는 다시 한 번 볼 수있었습니다.
미래보기
인간에서 유사한 업적을 달성하는 것은 10 년 이내에 가능할 것이라고 스탠포드 신경 생물학 및 안과 부교수는 말했습니다. 워싱턴의 연구에 관여하지 않는 Andrew Huberman. 그러나 그는 그것이 생물 의학 툴킷에 새로 추가 된 것을 사용하는 것보다 말이 안되는 경로라고 말합니다.
“나는 우리가 최근에 죽은 사람의 눈을 떼어 놓을 것이라고 생각하지 않습니다. 다른 누군가에게… 그리고 그 사람은 보게 될 것입니다. “라고 Huberman은 말했습니다.”생물학 및 공학의 조합이 될 것 같습니다. “예를 들어 기증자의 눈과 신경 줄기 세포를 결합하는 것과 같이 말입니다.
과학자들이 줄기 세포에서 기증자의 눈에 새로운 망막을 키울 수 있다면,이 새로운 망막 뉴런은 뇌까지 확장 할 수있는 돌기를 더 쉽게 자랄 수있을 것이라고 Huberman은 말했습니다.
접근, 많은 도전이 앞에 놓여 있습니다. Nickells는 시신경이 부서진 쥐를 연구해 왔기 때문에 신경이 잘 렸을 때도 같은 원리가 작동할지는 지켜봐야합니다. 그리고 그의 팀은 설치류 시신경을 최대 1cm까지 재성장시킬 수있었습니다. 이에 비해 인간의 눈에서 뇌까지의 거리는 틈새입니다.
워싱턴의 경우 다음 단계에서는 쥐와 영장류 모두에서 기증자 눈의 거부 가능성을 모니터링하는 비 침습적 방법을 찾는 것이 포함됩니다. 이렇게하면 다른 종류의 이식을 모니터링하는 표준 방법 인 거부 반응을 찾기 위해 눈을 생검 할 필요가 없습니다. 거부를 확인한 후 그녀는 눈이 표준 면역 억제제에 어떻게 반응하는지보고 싶어합니다.
눈 전체 이식을받는 최초의 사람은 이미 안면 이식을받을 예정인 사람이 될 것이라고 워싱턴은 예측합니다. 이들 환자 중 상당수는 맹인이고 면역 억제제를 복용해야하므로 안구 이식의 위험 대비 보상 비율이 매우 낮습니다.
앞으로 난관에도 불구하고 워싱턴은 이식이 최선의 방법이라고 믿습니다. 눈 부상으로 인한 시력 상실 치료에. “특히 트라우마가있는 환경에서는 하나의 절차로 결합 된 형태와 기능을 복원 할 수 있다는 것이 정말 중요합니다.”