I ricercatori mirano al primo trapianto di occhio umano entro il decennio

PITTSBURGH – Da secoli gli scienziati si battono per il successo dei trapianti di occhi. I primi tentativi si leggono come il diario di Mary Shelley: impiantare locchio di un cane nellinguine di un topo, trapiantare locchio di un topo sul collo di un altro topo, strappare locchio di una pecora da unorbita e metterlo nellaltra.

Ma mai un trapianto di occhio intero è stato eseguito con successo in una persona vivente. La complessa rete dellocchio di muscoli, vasi sanguigni e nervi, collegata direttamente al cervello, ha condannato gli esperimenti passati al fallimento.

Ora un team di chirurghi trapiantati di Pittsburgh mira a invertire la tendenza e sono sperando che possano farlo solo nel prossimo decennio, utilizzando gli occhi del donatore per ripristinare la vista nelle persone che hanno subito lesioni oculari traumatiche.

“Spero che tra 10 anni effettueremo trapianti di occhi negli esseri umani “, Ha detto il dottor Kia Washington, chirurgo plastico presso lUniversità di Pittsburgh Medical Center e capo del gruppo di ricerca.” Ci sono persone che sono molto scettiche, ovviamente, per ovvie ragioni. È una specie di colpo di luna “.

Ed è un colpo di luna che è di particolare interesse per il Dipartimento della Difesa, che è il principale finanziatore del progetto. Le lesioni traumatiche agli occhi sono la quarta ferita da combattimento più comune per i soldati americani. Contando sia soldati che civili, quasi 1 milione di americani vive con problemi di vista a causa di lesioni agli occhi. Washington e i suoi colleghi ritengono che con gli occhi dei donatori molti potrebbero un giorno vedere di nuovo.

Vista di sutura

I primi tentativi di trapianto oculare segnalati negli animali iniziarono nel 19 ° secolo e raggiunsero il picco durante la seconda guerra mondiale. Solo nel 1977, una task force presso il National Eye Institute ha concluso, dopo unattenta indagine di laboratorio, che i trapianti di occhi interi non potevano avere successo. Questi esperimenti sono stati afflitti da problemi di rigetto immunitario, flusso sanguigno inadeguato e mancanza di funzione nervosa.

Se locchio trapiantato deve mai vedere, le connessioni nervose sono essenziali e anche la parte più complicata di un occhio trapianto. Il nervo ottico, che collega locchio al cervello, fa parte del sistema nervoso centrale, insieme al cervello e al midollo spinale. Mentre i nervi in altre parti del corpo, ad esempio quelli delle dita o del cuoio capelluto, sopravvivono alle lesioni e si rigenerano facilmente, il sistema nervoso centrale non è così resistente.

Ma Washington e il suo team hanno iniziato a rompere il codice del nervo ottico, mantenendo le sue cellule vive al di fuori del corpo e inducendolo a ricrescere in un animale donatore.

E gli ultimi decenni hanno visto enormi progressi in altri aspetti della medicina dei trapianti, inclusi farmaci immunosoppressori e tecniche microchirurgiche , Ha detto Washington, che hanno consentito trapianti che prima erano impossibili.

“Dieci anni, 20 anni prima del trapianto di mani, cera molto scetticismo e semplicemente la tecnologia non cera”, ha detto Washington. “Puoi discutere la stessa cosa con il trapianto di occhi”.

Il mese scorso il team ha fatto un importante passo avanti con un documento che mostrava il trapianto riuscito di un occhio di ratto in un altro ratto, compresa lunione dei nervi ottici. Lorgano era sano e vivo fino a due anni dopo. La fase successiva, con il finanziamento del DoD, è rigenerare i nervi per ripristinare effettivamente la vista nei roditori, nei primati e, alla fine, nelle persone.

“Lo sviluppo del modello del ratto, di Kia, è enorme progresso nella capacità di condurre la complessa scienza necessaria per trapiantare con successo un intero occhio “, ha affermato Rob Nickells, un collaboratore di Washington, professore di oftalmologia e scienze visive presso lUniversità del Wisconsin.” Direi con sicurezza che dato il successo del domande, sarà il primo chirurgo a compiere questa impresa. “

Una questione di nervi

La chiave di questi trapianti di occhi, dicono i membri del team, è il problema del delicato nervo ottico. Il primo ostacolo era semplicemente mantenere in vita il nervo.

“Solo raccogliere un occhio per il trapianto significa dire a tutte le cellule che devono morire”, ha detto Nickells.

Nei test su topi, Nickells si è concentrato sul gene BAX, un attore chiave che orchestra la morte cellulare.Nel 2010, ha scoperto che i topi senza questo gene non hanno perso nessuna delle loro cellule del nervo ottico dopo la lesione, anche anni dopo, mentre in un topo normale tutte le cellule erano morte entro tre settimane.

Da allora poi, Nickells ha lavorato su come lespressione genica – non solo la mera presenza di BAX o altri geni – influisce sulla sopravvivenza dei neuroni. In futuro, ha in programma di iniziare a cercare un farmaco candidato che potrebbe bloccare BAX, che potrebbe teoricamente essere aggiunto alla soluzione che preserva locchio del donatore fino a quando non può essere trasferito al suo ricevente.

Il secondo ostacolo , dopo aver mantenuto in vita le cellule, sta effettivamente stimolando il nervo a crescere. Il nervo donatore non può semplicemente unirsi al moncone ricevente, ma deve invece ricrescere dallocchio al cervello. In un adulto, le cellule nervose non hanno questa capacità di crescita, ma il professore di neurologia della Harvard Medical School Zhigang He ha lavorato con Washington per cercare di tornare indietro nel tempo.

“Dobbiamo trovare un modo per riprogrammare vecchi neuroni per essere giovani neuroni “, ha detto.” I neuroni adulti non hanno capacità di crescita. In qualche modo dobbiamo renderli in grado di ricrescere. “

A gennaio, lui e il suo team hanno pubblicato un documento che mostrava che un nuovo cocktail di farmaci può fare esattamente questo nei topi. Il farmaco disabilita un percorso di soppressione del tumore e consente ai neuroni di crescere. Quando i ricercatori hanno tagliato il tratto ottico appena fuori dal cervello, il nervo è ricresciuto per colmare il divario entro 28 giorni.

Ma i topi potevano davvero vedere? Per rispondere a questa domanda, otto settimane dopo linfortunio i ricercatori hanno mostrato ai topi un tamburo rotante dipinto con strisce verticali bianche e nere. Un normale topo gira naturalmente la testa per seguire le strisce. I topi con i nervi rigenerati non si sono mossi, indicando che non potevano vedere.

Si rese conto che questo fallimento nel ripristinare la vista era dovuto al fatto che i nervi appena cresciuti differivano in modo fondamentale dai nervi normali: mancavano isolamento, quindi i segnali elettrici dallocchio diminuivano prima di raggiungere il cervello.

Questo, lo sapeva, è lo stesso identico problema che si osserva nei nervi delle persone con sclerosi multipla. Quindi i ricercatori hanno somministrato a questi stessi topi il farmaco per la SM 4-AP e tre ore dopo li hanno nuovamente testati. Allimprovviso gli animali hanno iniziato a muovere la testa in risposta al tamburo rotante. I topi ciechi hanno potuto vedere ancora una volta.

Vedere il futuro

Realizzare unimpresa simile negli esseri umani potrebbe essere possibile entro 10 anni, ha affermato Andrew, professore associato di neurobiologia e oftalmologia a Stanford Huberman, che non è coinvolto nella ricerca di Washington. Ma dice che è un percorso che ha meno senso rispetto allutilizzo di aggiunte più recenti al kit di strumenti biomedici.

“Non penso che daremo unocchiata a una persona deceduta di recente per dirlo su qualcun altro … e quella persona vedrà “, ha detto Huberman.” Penso che sarà una combinazione di biologia e ingegneria “, come, ad esempio, la combinazione di un occhio donatore con cellule staminali neurali.

Se gli scienziati fossero in grado di far crescere una nuova retina sullocchio del donatore dalle cellule staminali, ha detto Huberman, quei neuroni retinici freschi potrebbero sviluppare più facilmente proiezioni che possono estendersi fino al cervello.

Indipendentemente dalle condizioni approccio, molte sfide ci attendono. Nickells ha lavorato con topi i cui nervi ottici sono stati schiacciati, quindi resta da vedere se gli stessi principi funzioneranno quando il nervo viene tagliato. E la sua squadra è riuscita a far ricrescere il nervo ottico del roditore al massimo 1 centimetro; in confronto, la distanza dallocchio al cervello in un essere umano è un abisso.

Per Washington, i passi successivi implicano la ricerca di modi non invasivi per monitorare il possibile rigetto dellocchio del donatore sia nei ratti che nei primati. Ciò le impedirà di sottoporre a biopsia locchio per cercare il rigetto, che è il modo standard per monitorare altri tipi di trapianti. Una volta identificato il rigetto, vuole vedere come risponde locchio ai farmaci immunosoppressori standard.

I primi destinatari umani di trapianti di occhio intero, prevede Washington, saranno quelli già in programma per un trapianto di faccia. Molti di questi pazienti sono ciechi e dovranno assumere farmaci immunosoppressori a prescindere, quindi il rapporto rischio / ricompensa del trapianto dellocchio è molto basso.

E nonostante gli ostacoli che ci attendono, Washington ritiene che il trapianto sia la migliore via da seguire nel trattamento della perdita della vista da lesioni agli occhi. “Soprattutto in un contesto traumatico, si tratta davvero di essere in grado di ripristinare forma e funzione combinate in ununica procedura.”

Erin Hare è una scrittrice scientifica freelance nel suo ultimo anno di un programma di dottorato in neuroscienze presso lUniversità di Pittsburgh.Questo articolo è riprodotto con il permesso di STAT. È stato pubblicato per la prima volta il 23 novembre 2016. Trova la storia originale qui.