PITTSBURGH – Naukowcy od wieków dążą do udanego przeszczepu oka. Wczesne próby przypominają pamiętnik Mary Shelley: wszczepianie psiego oka w pachwinę szczura, przeszczepianie oka szczura w szyję innego szczura, wyrywanie oka owcy z jednego oczodołu i umieszczanie go w drugim.
Ale nigdy nie przeprowadzono pomyślnie przeszczepu całego oka u żywej osoby. Złożona sieć mięśni, naczyń krwionośnych i nerwów oka – połączona bezpośrednio z mózgiem – skazała przeszłe eksperymenty na niepowodzenie.
Teraz zespół chirurgów przeszczepów z Pittsburgha stara się zmienić tę sytuację, a oni mam nadzieję, że uda im się to zrobić w ciągu zaledwie następnej dekady, używając oczu dawcy do przywrócenia wzroku u osób, które doznały urazów oczu.
reklama
„Mam nadzieję, że za 10 lat będziemy wykonywać przeszczepy oczu u ludzi” – mówi dr Kia Washington, chirurg plastyczny z University of Pittsburgh Medical Center i kierownik zespołu badawczego. „Są ludzie, którzy są oczywiście bardzo sceptyczni z oczywistych powodów. To rodzaj zdjęcia księżycowego ”.
I to jest zdjęcie księżyca, które jest szczególnie interesujące dla Departamentu Obrony, który jest głównym fundatorem projektu. Urazowe urazy oka są czwartą pod względem częstości raną bojową żołnierzy amerykańskich. Licząc zarówno żołnierzy, jak i cywilów, prawie milion Amerykanów żyje z zaburzeniami wzroku z powodu urazów oczu. Waszyngton i jej koledzy uważają, że mając oczy dawców, wielu może pewnego dnia zobaczyć ponownie.
Celownik z szyciem
Pierwsze odnotowane próby przeszczepu oka u zwierząt rozpoczęły się w XIX wieku, a osiągnęły szczyt podczas II wojny światowej. Jeszcze w 1977 roku grupa zadaniowa w National Eye Institute doszła do wniosku, po przemyślanych badaniach laboratoryjnych, że przeszczep całego oka nie może zakończyć się sukcesem. Te eksperymenty były nękane problemami odrzucenia immunologicznego, niewystarczającego przepływu krwi i braku funkcji nerwów.
reklama
Jeśli przeszczepione oko jest kiedykolwiek widoczne, połączenia nerwowe są niezbędne – a także najbardziej skomplikowana część przeszczepu oka. Nerw wzrokowy, który łączy oko z mózgiem, jest częścią ośrodkowego układu nerwowego wraz z mózgiem i rdzeniem kręgowym. Podczas gdy nerwy w innych częściach ciała – powiedzmy, te w palcach lub na skórze głowy – przeżywają urazy i łatwo się regenerują, centralny układ nerwowy nie jest tak odporny.
Ale Waszyngton i zespół zaczęli łamać kod nerwu wzrokowego, utrzymując jego komórki przy życiu poza ciałem i nakłaniając je do ponownego wzrostu u zwierzęcia-dawcy.
A ostatnie dziesięciolecia przyniosły ogromne postępy w innych aspektach medycyny transplantacyjnej, w tym w lekach immunosupresyjnych i technikach mikrochirurgicznych – powiedział Waszyngton, co pozwoliło na przeszczepy, które wcześniej były niemożliwe.
„Dziesięć lat, 20 lat przed przeszczepem ręki panował duży sceptycyzm i po prostu nie było technologii” – powiedział Washington. „Można dyskutować o tym samym w przypadku przeszczepu oka”.
W zeszłym miesiącu zespół zrobił duży krok naprzód, przedstawiając artykuł przedstawiający udany przeszczep oka szczura innemu szczurowi, w tym połączenie nerwów wzrokowych. Do dwóch lat później organ był zdrowy i żywy. Następnym etapem, dzięki funduszom DoD, jest regeneracja nerwów, aby faktycznie przywrócić wzrok u gryzoni, naczelnych i ostatecznie u ludzi.
„Opracowanie modelu szczurzego autorstwa Kia to ogromny postęp w prowadzeniu złożonej nauki potrzebnej do pomyślnego przeszczepu całego oka ”- powiedział Rob Nickells, współpracownik z Waszyngtonu, który jest profesorem okulistyki i nauk wizualnych na Uniwersytecie Wisconsin.„ Z pewnością powiem, że biorąc pod uwagę sukces pytań, będzie pierwszym chirurgiem, który dokona tego wyczynu. ”
Kwestia nerwów
Według członków zespołu kluczem do przeszczepów oka jest problem delikatnego nerwu wzrokowego. Pierwszą przeszkodą było po prostu utrzymanie nerwu przy życiu.
„Samo pobranie oka do przeszczepu mówi wszystkim komórkom, że muszą umrzeć” – powiedział Nickells.
W testach na myszy, Nickells skupił się na genie BAX, kluczowym graczu, który koordynuje śmierć komórki. W 2010 roku odkrył, że myszy bez tego genu nie straciły żadnej komórki nerwu wzrokowego po urazie, nawet po latach – podczas gdy u normalnej myszy wszystkie komórki były martwe w ciągu trzech tygodni.
Od tego czasu Nickells pracuje nad tym, jak ekspresja genów – nie tylko sama obecność BAX lub innych genów – wpływa na przeżycie neuronów. W przyszłości planuje rozpocząć poszukiwania kandydata na lek, który mógłby zablokować BAX, który teoretycznie mógłby zostać dodany do rozwiązania, które chroni oko dawcy do czasu, gdy będzie można je przekazać biorcy.
Druga przeszkoda po utrzymaniu komórek przy życiu faktycznie pobudza nerwy do wzrostu. Nerw dawcy nie może po prostu połączyć się z kikutem biorcy, ale zamiast tego musi odrosnąć na całej długości od oka do mózgu. U osoby dorosłej komórki nerwowe nie mają takiej zdolności do wzrostu, ale profesor neurologii Harvard Medical School Zhigang Pracował z Waszyngtonem, próbując cofnąć czas.
„Musimy znaleźć sposób na przeprogramowanie stare neurony, aby były młodymi neuronami – powiedział. – Dorosłe neurony nie mają zdolności wzrostu. W jakiś sposób musimy sprawić, by mogły się odrodzić ”.
W styczniu on i jego zespół opublikowali artykuł pokazujący, że nowy koktajl lekowy może zrobić dokładnie to samo u myszy. Lek wyłącza ścieżkę supresji guza i umożliwia wzrost neuronów. Kiedy naukowcy przecięli przewód wzrokowy tuż poza mózgiem, nerw odrósł, aby wypełnić lukę w ciągu 28 dni.
Ale czy myszy rzeczywiście widzą? Aby odpowiedzieć na to pytanie, osiem tygodni po urazie naukowcy pokazali myszom obracający się bęben pomalowany w pionowe czarno-białe paski. Normalna mysz w naturalny sposób odwraca głowę, aby podążać za pasami. Myszy ze zregenerowanymi nerwami nie drgnęły, co oznacza, że nie widziały.
Uświadomił sobie, że ten błąd w przywróceniu wzroku miał miejsce, ponieważ świeżo wyrosłe nerwy różniły się w kluczowy sposób od normalnych nerwów: brakowało im izolacja, więc sygnały elektryczne z oka słabną, zanim dotrą do mózgu.
Wiedział, że jest to dokładnie ten sam problem, który obserwuje się w nerwach ludzi ze stwardnieniem rozsianym. Więc naukowcy podali tym samym myszom lek na stwardnienie rozsiane 4-AP, a trzy godziny później ponownie je przetestowali. Nagle zwierzęta zaczęły poruszać głowami w odpowiedzi na obracający się bęben. Ślepe myszy znowu mogły widzieć.
Widzenie przyszłości
Podobny wyczyn u ludzi może być możliwy w ciągu 10 lat – powiedział profesor neurobiologii i okulistyki Stanforda Andrew Huberman, który nie jest zaangażowany w badania Waszyngtonu. Mówi jednak, że jest to droga, która ma mniej sensu niż używanie nowszych dodatków do zestawu narzędzi biomedycznych.
„Nie sądzę, żebyśmy po prostu wzięli wzrok od niedawno zmarłej osoby i położyli to na kogoś innego… a ta osoba zobaczy ”- powiedział Huberman.„ Myślę, że będzie to połączenie biologii i inżynierii ”- na przykład połączenie oka dawcy z nerwowymi komórkami macierzystymi.
Gdyby naukowcom udało się wyhodować nową siatkówkę oka dawcy z komórek macierzystych, powiedział Huberman, te świeże neurony siatkówki mogłyby łatwiej wytworzyć projekcje, które mogą rozciągnąć się aż do mózgu.
Niezależnie od podejście, wiele wyzwań przed nami. Nickells pracował z myszami, których nerw wzrokowy został zmiażdżony, więc okaże się, czy te same zasady zadziałają, gdy nerw zostanie przecięty. Zespół Hea był w stanie odrosnąć nerw wzrokowy gryzonia do maksymalnie 1 centymetra; dla porównania, odległość od oka do mózgu u człowieka to przepaść.
W przypadku Waszyngtonu kolejne kroki obejmują znalezienie nieinwazyjnych sposobów monitorowania możliwego odrzucenia oka dawcy zarówno u szczurów, jak i naczelnych. Zapobiegnie to konieczności wykonywania biopsji oka w celu wykrycia odrzucenia, co jest standardowym sposobem monitorowania innych rodzajów przeszczepów. Kiedy stwierdzi odrzucenie, chce zobaczyć, jak oko reaguje na standardowe leki immunosupresyjne.
Waszyngton przewiduje, że pierwszymi ludzkimi odbiorcami przeszczepów całego oka będą ci, którzy już mają zostać poddani przeszczepowi twarzy. Wielu z tych pacjentów jest niewidomych i niezależnie od tego będą musieli przyjmować leki immunosupresyjne, więc stosunek ryzyka do nagrody związany z przeszczepem oka jest bardzo niski.
I pomimo przeszkód, które stoją przed nami, Waszyngton uważa, że przeszczep jest najlepszym rozwiązaniem w leczeniu utraty wzroku spowodowanej urazem oka. „Szczególnie w traumatycznym otoczeniu tak naprawdę chodzi o przywrócenie formy i funkcji połączonych w ramach jednej procedury”.