Forscher streben eine erste Transplantation des menschlichen Auges innerhalb des Jahrzehnts an

PITTSBURGH – Wissenschaftler streben seit Jahrhunderten nach erfolgreichen Augentransplantationen. Frühe Versuche lesen sich wie das Tagebuch von Mary Shelley: Implantieren eines Hundeauges in die Leiste einer Ratte, Transplantieren eines Rattenauges auf den Hals einer anderen Ratte, Zupfen des Auges eines Schafs aus einer Fassung und Einsetzen in die andere.

Bei einer lebenden Person wurde jedoch noch nie eine Ganz-Augen-Transplantation erfolgreich durchgeführt. Das komplexe Netz aus Muskeln, Blutgefäßen und Nerven des Auges, das direkt mit dem Gehirn verbunden ist, hat vergangene Experimente zum Scheitern verurteilt.

Jetzt will ein Team von Pittsburgh-Transplantationschirurgen das Blatt wenden, und das sind sie auch Ich hoffe, dass sie dies in den nächsten zehn Jahren tun können, indem sie Spenderaugen verwenden, um das Sehvermögen von Menschen wiederherzustellen, die traumatische Augenverletzungen erlitten haben.

„Ich hoffe, dass wir in 10 Jahren Augentransplantationen beim Menschen durchführen werden „, Sagte Dr. Kia Washington, plastischer Chirurg am medizinischen Zentrum der Universität von Pittsburgh und Leiter des Forschungsteams.“ Es gibt Menschen, die offensichtlich aus offensichtlichen Gründen sehr skeptisch sind. Es ist eine Art Mondschuss. “

Und es ist ein Mondschuss, der für das Verteidigungsministerium, das der Hauptfinanzierer des Projekts ist, von besonderem Interesse ist. Traumatische Augenverletzungen sind die vierthäufigste Kampfwunde bei amerikanischen Soldaten. Fast 1 Million Amerikaner, die sowohl Soldaten als auch Zivilisten zählen, leben aufgrund von Augenverletzungen mit Sehbehinderung. Mit Spenderaugen, glauben Washington und ihre Kollegen, könnten viele eines Tages wieder sehen.

Nahtvisier

Die ersten gemeldeten Augentransplantationsversuche bei Tieren begannen im 19. Jahrhundert und erreichten ihren Höhepunkt im Zweiten Weltkrieg. Erst 1977 kam eine Task Force des National Eye Institute nach sorgfältiger Laboruntersuchung zu dem Schluss, dass Transplantationen mit ganzen Augen nicht erfolgreich sein könnten. Diese Experimente waren mit Problemen der Immunabstoßung, einer unzureichenden Durchblutung und einer mangelnden Nervenfunktion behaftet.

Wenn das transplantierte Auge jemals sehen soll, sind Nervenverbindungen unerlässlich – und auch der komplizierteste Teil eines Auges Transplantation. Der Sehnerv, der das Auge mit dem Gehirn verbindet, ist neben Gehirn und Rückenmark Teil des Zentralnervensystems. Während Nerven an anderen Stellen im Körper – beispielsweise an den Fingern oder auf der Kopfhaut – Verletzungen überleben und sich leicht regenerieren, ist das Zentralnervensystem nicht so belastbar.

Aber Washington und sein Team haben begonnen, die Nerven zu knacken Code des Sehnervs, der seine Zellen außerhalb des Körpers am Leben hält und ihn zum Nachwachsen bei einem Spendertier überredet.

In den letzten Jahrzehnten wurden enorme Fortschritte in anderen Aspekten der Transplantationsmedizin erzielt, einschließlich immunsuppressiver Medikamente und mikrochirurgischer Techniken Washington sagte, dass Transplantationen erlaubt waren, die vorher unmöglich waren.

„Zehn Jahre, 20 Jahre vor der Handtransplantation, gab es viel Skepsis und einfach war die Technologie nicht da“, sagte Washington. „Bei der Augentransplantation kann man dasselbe argumentieren.“

Das Team hat letzten Monat einen großen Schritt nach vorne gemacht und einen Artikel veröffentlicht, der die erfolgreiche Transplantation des Auges einer Ratte in eine andere Ratte zeigt, einschließlich der Verbindung der Sehnerven. Das Organ war bis zu zwei Jahre später gesund und lebendig. Die nächste Phase mit der DoD-Finanzierung besteht darin, die Nerven zu regenerieren, um das Sehvermögen von Nagetieren, Primaten und schließlich Menschen wiederherzustellen.

„Die Entwicklung des Rattenmodells durch Kia ist enorm Fortschritte bei der Durchführung der komplexen Wissenschaft, die für eine erfolgreiche Transplantation eines ganzen Auges erforderlich ist “, sagte Rob Nickells, ein Mitarbeiter von Washington, Professor für Augenheilkunde und visuelle Wissenschaften an der University of Wisconsin.„ Ich würde dies angesichts des Erfolgs des Fragen, sie wird die erste Chirurgin sein, die dieses Kunststück vollbringt. “

Eine Frage des Nervs

Der Schlüssel zu diesen Augentransplantationen ist laut Teammitgliedern das Problem des empfindlichen Sehnervs. Die erste Hürde bestand einfach darin, den Nerv am Leben zu erhalten.

„Nur ein Auge für die Transplantation zu ernten, sagt allen Zellen, dass sie sterben müssen“, sagte Nickells.

In Tests am Mäuse, Nickells konzentrierte sich auf das BAX-Gen, einen Schlüsselspieler, der den Zelltod koordiniert.Im Jahr 2010 entdeckte er, dass Mäuse ohne dieses Gen auch Jahre später nach einer Verletzung keine ihrer Sehnervenzellen verloren – während bei einer normalen Maus alle Zellen innerhalb von drei Wochen tot waren.

Seitdem Dann hat Nickells daran gearbeitet, wie die Genexpression – nicht nur das bloße Vorhandensein von BAX oder anderen Genen – das Überleben von Neuronen beeinflusst. In Zukunft plant er, nach einem Medikamentenkandidaten zu suchen, der BAX blockieren könnte, der theoretisch zu der Lösung hinzugefügt werden könnte, die das Spenderauge schützt, bis es auf seinen Empfänger übertragen werden kann.

Die zweite Hürde , nachdem die Zellen am Leben erhalten wurden, spornt der Nerv tatsächlich an zu wachsen. Der Spendernerv kann sich nicht einfach mit dem Empfängerstumpf verbinden, sondern muss vom Auge bis zum Gehirn nachwachsen. Bei einem Erwachsenen fehlt den Nervenzellen diese Fähigkeit zum Wachstum, aber der Professor für Neurologie an der Harvard Medical School, Zhigang. Er hat mit Washington zusammengearbeitet, um zu versuchen, die Uhr zurückzudrehen.

„Wir müssen einen Weg finden, um neu zu programmieren.“ Alte Neuronen sollen junge Neuronen sein “, sagte er.„ Erwachsene Neuronen haben keine Wachstumsfähigkeit. Irgendwie müssen wir sie in die Lage versetzen, nachwachsen zu können. “

Im Januar veröffentlichten er und sein Team ein Papier, das zeigt, dass ein neuartiger Drogencocktail genau das bei Mäusen kann. Das Medikament deaktiviert einen Tumorunterdrückungsweg und lässt Neuronen wachsen. Als Forscher den Optiktrakt direkt außerhalb des Gehirns durchschnitten, wuchs der Nerv wieder, um die Lücke innerhalb von 28 Tagen zu schließen.

Aber konnten die Mäuse tatsächlich sehen? Um diese Frage zu beantworten, zeigten die Forscher den Mäusen acht Wochen nach der Verletzung eine rotierende Trommel, die mit vertikalen schwarzen und weißen Streifen bemalt war. Eine normale Maus dreht natürlich den Kopf, um den Streifen zu folgen. Die Mäuse mit regenerierten Nerven rührten sich nicht, was darauf hinwies, dass sie nicht sehen konnten.

Er erkannte, dass dieses Versagen bei der Wiederherstellung des Sehvermögens auftrat, weil sich die frisch gewachsenen Nerven in einer wesentlichen Weise von den normalen Nerven unterschieden: Sie fehlten Isolierung, so dass die elektrischen Signale vom Auge abnahmen, bevor sie das Gehirn erreichten.

Dies war, wie er wusste, genau das gleiche Problem, das bei den Nerven von Menschen mit Multipler Sklerose auftritt. Also gaben die Forscher denselben Mäusen das MS-Medikament 4-AP und testeten sie drei Stunden später erneut. Plötzlich bewegten die Tiere ihre Köpfe als Reaktion auf die rotierende Trommel. Blinde Mäuse konnten noch einmal sehen.

Die Zukunft sehen

Eine ähnliche Leistung beim Menschen könnte innerhalb von 10 Jahren erreicht werden, sagte Andrew, Associate Professor für Neurobiologie und Augenheilkunde bei Stanford Huberman, der nicht an Washingtons Forschung beteiligt ist. Aber er sagt, dass dies eine Route ist, die weniger Sinn macht als die Verwendung neuerer Ergänzungen des biomedizinischen Toolkits.

„Ich glaube nicht, dass wir nur ein Auge von einer kürzlich verstorbenen Person nehmen und es ausdrücken werden auf jemand anderen … und diese Person wird es sehen „, sagte Huberman.“ Ich denke, es wird eine Kombination aus Biologika und Technik sein „- wie zum Beispiel die Kombination eines Spenderauges mit neuralen Stammzellen.

Wenn Wissenschaftler in der Lage wären, aus Stammzellen eine neue Netzhaut auf dem Spenderauge zu züchten, könnten diese frischen Netzhautneuronen leichter Projektionen entwickeln, die sich bis zum Gehirn erstrecken können.

Unabhängig von der Ansatz, viele Herausforderungen liegen vor uns. Nickells hat mit Mäusen gearbeitet, deren Sehnerven gequetscht wurden. Es bleibt abzuwarten, ob dieselben Prinzipien funktionieren, wenn der Nerv geschnitten wird. Und sein Team konnte den Sehnerv von Nagetieren höchstens 1 Zentimeter nachwachsen lassen. Im Vergleich dazu ist die Entfernung vom Auge zum Gehirn bei einem Menschen eine Kluft.

Für Washington bestehen die nächsten Schritte darin, nichtinvasive Wege zu finden, um eine mögliche Abstoßung des Spenderauges sowohl bei Ratten als auch bei Primaten zu überwachen. Dies verhindert, dass sie das Auge biopsieren muss, um nach Abstoßung zu suchen. Dies ist die Standardmethode zur Überwachung anderer Arten von Transplantationen. Sobald sie die Abstoßung identifiziert hat, möchte sie sehen, wie das Auge auf die Standard-Immunsuppressiva reagiert.

Die ersten menschlichen Empfänger von Transplantationen mit ganzen Augen, so Washington, werden diejenigen sein, die bereits für eine Gesichtstransplantation vorgesehen sind. Viele dieser Patienten sind blind und müssen unabhängig davon immunsuppressive Medikamente einnehmen, sodass das Verhältnis von Risiko zu Ertrag bei der Transplantation des Auges sehr gering ist.

Und trotz der bevorstehenden Hürden ist Washington der Ansicht, dass eine Transplantation der beste Weg ist bei der Behandlung von Sehverlust durch Augenverletzung. „Besonders im traumatischen Umfeld geht es wirklich darum, Form und Funktion in einem Verfahren wiederherzustellen.“

Erin Hare ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin in ihrem letzten Jahr eines Doktorandenprogramms für Neurowissenschaften an der Universität von Pittsburgh.Dieser Artikel wurde mit Genehmigung von STAT reproduziert. Es wurde erstmals am 23. November 2016 veröffentlicht. Die Originalgeschichte finden Sie hier.