Vědci usilují o první transplantaci lidského oka během desetiletí

PITTSBURGH – Vědci se již po staletí snaží o úspěšné transplantace očí. První pokusy se daly číst jako deník Mary Shelleyové: implantovat oko psa do rozkroku, přesadit oko krysy na krk jiné krysy, vytrhnout oko ovce z jedné zásuvky a umístit ji do druhé.

Transplantace celého oka však nikdy nebyla úspěšně provedena u žijícího člověka. Složitá síť svalů, krevních cév a nervů oka – spojená přímo s mozkem – odsoudila minulé experimenty k neúspěchu.

Nyní se tým pittsburských transplantačních chirurgů snaží tento příliv zvrátit a doufají, že tak mohou učinit již v příštím desetiletí a pomocí dárcovských očí obnoví zrak u lidí, kteří utrpěli traumatické poranění očí.

„Doufám, že za 10 let budeme provádět transplantace očí u lidí “Řekla Dr. Kia Washington, plastická chirurgka z University of Pittsburgh Medical Center a vedoucí výzkumného týmu.„ Existují lidé, kteří jsou ze zjevných důvodů zjevně velmi skeptičtí. Je to druh měsíčního výstřelu. “

A je to měsíční výstřel, který je zvlášť zajímavý pro ministerstvo obrany, které je hlavním donorem projektu. Traumatická poranění očí jsou čtvrtou nejčastější bojovou ránou pro americké vojáky. Počítáme-li vojáky i civilisty, téměř 1 milion Američanů žije se zhoršeným zrakem v důsledku poranění očí. Washington a její kolegové věří, že s dárcovskýma očima se jednoho dne znovu uvidí.

Šití zraku

První hlášené pokusy o transplantaci očí u zvířat začaly v 19. století a vyvrcholily během druhé světové války. Ještě v roce 1977 pracovní skupina v Národním očním institutu po promyšleném laboratorním vyšetření dospěla k závěru, že transplantace celého oka nemohou být úspěšné. Tyto experimenty byly sužovány problémy s odmítnutím imunity, nedostatečným průtokem krve a nedostatkem nervových funkcí.

Pokud je někdy vidět transplantované oko, jsou nezbytná nervová spojení – a také nejkomplikovanější část oka transplantace. Optický nerv, který spojuje oko s mozkem, je spolu s mozkem a míchou součástí centrálního nervového systému. Zatímco nervy jinde v těle – řekněme ty v prstech nebo na pokožce hlavy – přežijí zranění a snadno se regenerují, centrální nervový systém není tak odolný.

Washington a tým však začali praskat kód zrakového nervu, udržování jeho buněk naživu mimo tělo a jeho přemlouvání k opětovnému růstu u dárcovského zvířete.

A v posledních desetiletích došlo k obrovskému pokroku v dalších aspektech transplantační medicíny, včetně imunosupresivních léků a mikrochirurgických technik. , Řekl Washington, který umožňoval transplantace, které dříve nebyly možné.

„Deset let, 20 let před transplantací rukou, došlo k velkému skepticismu a prostě tam technologie nebyla,“ řekl Washington. „S transplantací oka můžete argumentovat totéž.“

Tým učinil minulý měsíc zásadní krok vpřed s papírem, který ukazuje úspěšnou transplantaci oka krysy do jiné krysy, včetně spojení optických nervů. Orgán byl zdravý a živý až o dva roky později. Další fází s financováním DoD je regenerace nervů, aby se skutečně obnovil zrak u hlodavců, primátů a nakonec i lidí.

„Vývoj modelu krysy od společnosti Kia je obrovský pokrok ve schopnosti provádět složitou vědu potřebnou k úspěšnému transplantaci celého oka, “uvedl Rob Nickells, spolupracovník Washingtonu, který je profesorem oftalmologie a vizuálních věd na University of Wisconsin.„ S jistotou bych řekl, že vzhledem k úspěchu otázky, bude první chirurg, který tento výkon dosáhne. “

Otázka nervu

Klíčem k těmto transplantacím očí, říkají členové týmu, je problém jemného optického nervu. První překážkou bylo prostě udržení nervu naživu.

„Pouhé získání oka pro transplantaci říká všem buňkám, že musí zemřít,“ řekl Nickells.

V testech na myši, Nickells se zaměřil na gen BAX, klíčový hráč, který organizuje buněčnou smrt.V roce 2010 zjistil, že myši bez tohoto genu neztratily po poranění žádné ze svých optických nervových buněk, a to ani o několik let později – zatímco u normální myši byly všechny buňky během tří týdnů mrtvé.

Protože poté Nickells pracoval na tom, jak genová exprese – nejen pouhá přítomnost BAX nebo jiných genů – ovlivňuje přežití neuronů. V budoucnu plánuje začít hledat kandidáta na drogu, který by mohl blokovat BAX, který by teoreticky mohl být přidán k řešení, které zachovává oko dárce, dokud jej nebude možné přenést na jeho příjemce.

Druhá překážka poté, co udržuje buňky naživu, ve skutečnosti pobízí nerv k růstu. Dárcovský nerv se nemůže jednoduše spojit s pahýlem příjemce, ale musí se znovu vypěstovat z oka do mozku. U dospělých postrádají nervové buňky tuto schopnost růstu, ale profesor neurologie na Harvardské lékařské fakultě Zhigang Ve spolupráci s Washingtonem se snaží vrátit čas zpět.

„Musíme najít způsob, jak přeprogramovat staré neurony jsou mladé neurony, „řekl.„ Dospělé neurony nemají růstovou schopnost. Nějak je musíme přimět, aby se znovu rozrostli. “

V lednu publikoval se svým týmem článek, který ukazuje, že nový drogový koktejl to dokáže přesně u myší. Lék znemožňuje dráhu potlačení nádoru a umožňuje růst neuronů. Když vědci prořízli optický trakt těsně mimo mozek, nerv se vrátil a překlenul tuto mezeru do 28 dnů.

Ale mohly myši skutečně vidět? Aby odpověděli na tuto otázku, osm týdnů po poranění vědci ukázali myším rotující buben natřený svislými černými a bílými pruhy. Normální myš přirozeně otáčí hlavu, aby sledovala pruhy. Myši s regenerovanými nervy se nehnuly, což naznačuje, že nevidí.

Uvědomil si, že k tomuto selhání obnovení zraku došlo, protože čerstvě narostlé nervy se zásadně lišily od normálních nervů: chyběly jim izolace, takže elektrické signály z oka se snížily, než se dostaly do mozku.

Věděl, že toto je přesně stejný problém, jaký vidíme v nervech lidí s roztroušenou sklerózou. Vědci tedy dali stejným myším léčivou látku MS 4-AP a o tři hodiny později je znovu testovali. Najednou zvířata začala hýbat hlavami v reakci na rotující buben. Slepé myši mohly znovu vidět.

Pohled do budoucnosti

Dosažení podobného úspěchu u lidí by mohlo být možné do 10 let, řekl Stanfordský docent neurobiologie a oftalmologie Andrew Hubermana, který se nepodílí na výzkumu Washingtonu. Ale říká, že je to cesta, která má menší smysl než použití novějších doplňků k biomedicínské sadě nástrojů.

„Nemyslím si, že vezmeme oko nedávno zesnulého člověka a řekneme to na někoho jiného … a ten člověk to uvidí, „řekl Huberman.„ Myslím, že to bude kombinace biologie a inženýrství „- jako například kombinace oka dárce s nervovými kmenovými buňkami.

Pokud by vědci dokázali vypěstovat novou sítnici na oku dárce z kmenových buněk, řekl Huberman, tyto čerstvé retinální neurony by mohly snáze růst projekce, které se mohou táhnout až k mozku.

Bez ohledu na před námi stojí mnoho výzev. Společnost Nickells pracuje s myšmi, jejichž optické nervy byly rozdrceny, takže zbývá zjistit, zda budou stejné principy fungovat i při proříznutí nervu. A jeho tým dokázal vypěstovat optický nerv hlodavce maximálně 1 centimetr; ve srovnání s tím je vzdálenost od oka k mozku u člověka propastí.

Další kroky pro Washington zahrnují nalezení neinvazivních způsobů sledování možného odmítnutí oka dárce u potkanů i primátů. To jí zabrání v tom, aby musela provést biopsii oka, aby hledala odmítnutí, což je standardní způsob sledování jiných druhů transplantací. Jakmile zjistí odmítnutí, chce zjistit, jak oko reaguje na standardní imunosupresivní léky.

Washington předpokládá, že prvními lidskými příjemci transplantací celého oka budou ti, kteří již mají transplantaci obličeje. Mnoho z těchto pacientů je slepých a budou muset užívat imunosupresivní léky bez ohledu na to, takže poměr rizika a odměny při transplantaci oka je velmi nízký.

A přes překážky, které vás čekají, Washington věří, že transplantace je nejlepší cestou vpřed při léčbě ztráty zraku při poranění očí. „Zejména v traumatizujícím prostředí jde skutečně o to, být schopen obnovit formu a funkci v jednom postupu.“

Erin Hare je spisovatelkou vědy na volné noze ve svém posledním ročníku doktorského programu neurovědy na University of Pittsburgh.Tento článek je reprodukován se svolením STAT. Poprvé byla zveřejněna 23. listopadu 2016. Původní příběh najdete zde.