研究者は10年以内に最初の人間の眼移植を目指しています

PITTSBURGH —科学者は何世紀にもわたって眼移植の成功に努めてきました。初期の試みは、メアリーシェリーの日記のように読まれました。ラットの鼠径部に犬の目を移植し、別のラットの首にラットの目を移植し、一方のソケットから羊の目を摘み取り、もう一方のソケットに配置します。

しかし、生きている人に全眼移植が成功したことは一度もありません。目の複雑な筋肉、血管、神経の網は、脳に直接接続されており、過去の実験は失敗に終わっています。

現在、ピッツバーグの移植外科医のチームは、その流れを変えることを目指しています。外傷性の眼の怪我を負った人々の視力を回復するためにドナーの目を使用して、彼らが次の10年でそうすることができることを願っています。

「10年以内に私たちが人間に眼の移植を行うことを願っていますピッツバーグ大学医療センターのプラスチック外科医で研究チームの責任者であるキア・ワシントン博士は、次のように述べています。「明らかな理由で、明らかに非常に懐疑的な人々がいます。これは一種のムーンショットです。」

そして、プロジェクトの主な資金提供者である国防総省にとって特に興味深いのはムーンショットです。外傷性の眼の損傷は、アメリカ兵にとって4番目に多い戦闘による傷です。兵士と民間人の両方を数えると、100万人近くのアメリカ人が目の怪我のために視力障害を抱えて生活しています。ドナーの目で、ワシントンと彼女の同僚は、多くの人がいつか再び見ることができると信じています。

視力の縫合

動物で最初に報告された眼移植の試みは19世紀に始まり、第二次世界大戦中にピークに達しました。 1977年になって、国立眼病研究所のタスクフォースは、綿密な実験室調査の結果、眼全体の移植は成功しなかったと結論付けました。これらの実験は、免疫拒絶反応、不十分な血流、神経機能の欠如の問題に悩まされていました。

移植された眼が見える場合は、神経の接続が不可欠であり、眼の最も複雑な部分でもあります。移植。目と脳をつなぐ視神経は、脳や脊髄とともに中枢神経系の一部です。体の他の場所、たとえば指や頭皮の神経は損傷を乗り越えて簡単に再生しますが、中枢神経系はそれほど回復力がありません。

しかし、ワシントンとチームは視神経のコード、体外で細胞を生かし、ドナー動物で再成長するように誘導します。

そしてここ数十年で、免疫抑制薬や顕微手術技術など、移植医療の他の側面で大きな進歩が見られました。ワシントン氏は、以前は不可能だった移植を可能にしたと述べた。

「手移植が行われる10年前、20年前には多くの懐疑論があり、単に技術がなかった」とワシントン氏は述べた。 「眼移植についても同じことが言えます。」

チームは先月、視神経への結合を含め、ラットの眼を別のラットに移植することに成功したことを示す論文で大きな一歩を踏み出しました。臓器は2年後まで健康で生きていました。 DoDの資金提供を受けた次の段階は、神経を再生して、げっ歯類、霊長類、そして最終的には人々の視力を実際に回復させることです。

「Kiaによるラットモデルの開発は、巨大です。ウィスコンシン大学の眼科学および視覚科学の教授であるワシントンとの共同研究者であるロブ・ニッケルズは、「眼全体をうまく移植するために必要な複雑な科学を実施できるようになることの進歩」と述べた。質問、彼女はこの偉業を達成する最初の外科医になります。」

神経の問題

これらの眼球移植の鍵は、繊細な視神経の問題であるとチームメンバーは言います。最初のハードルは単に神経を生かしておくことでした。

「移植のために目を収穫するだけで、すべての細胞に死ななければならないことを伝えることができます」とニッケルズ氏は述べています。

マウス、ニッケルズは、細胞死を調整する主要なプレーヤーであるBAX遺伝子に焦点を合わせました。2010年に、彼は、この遺伝子を持たないマウスは、数年後でも、損傷後に視神経細胞を失うことはないことを発見しました。一方、正常なマウスでは、すべての細胞が3週間以内に死んでしまいました。

その後、Nickellsは、BAXや他の遺伝子の単なる存在だけでなく、遺伝子発現がニューロンの生存にどのように影響するかについて取り組んできました。将来的には、BAXをブロックできる薬剤候補の検索を開始する予定です。これは、理論的には、ドナーの目をレシピエントに移すまで維持するソリューションに追加できます。

2番目のハードル、細胞を生かした後、実際に神経を成長させています。ドナーの神経は、単にレシピエントの断端と結合することはできませんが、代わりに目から脳までずっと再成長する必要があります。成人では、神経細胞はこの成長能力を欠いていますが、ハーバード大学医学部の神経学教授Zhigang Heは、ワシントンと協力して時計を戻そうとしています。

「再プログラミングする方法を見つける必要があります。古いニューロンは若いニューロンになります」と彼は言いました。「大人のニューロンには成長能力がありません。どういうわけか、私たちは彼らを再成長させる必要があります。」

1月、彼と彼のチームは、新しいドラッグカクテルがマウスでまさにそれを行うことができることを示す論文を発表しました。この薬は腫瘍抑制経路を無効にし、ニューロンの成長を可能にします。研究者が脳のすぐ外側の視索を切断すると、神経は28日以内にギャップを埋めるために再燃しました。

しかし、マウスは実際に見ることができましたか？この質問に答えるために、研究者たちは怪我の8週間後、マウスに縦の黒と白の縞模様で描かれた回転ドラムを見せました。通常のマウスは自然に頭を回して縞模様をたどります。再生された神経を持つマウスは動揺せず、見えなかったことを示しています。

彼は、新たに成長した神経が正常な神経とは重要な点で異なっていたために、この視力回復の失敗が起こったことに気づきました。絶縁体であるため、目からの電気信号は脳に到達する前に減少しました。

これは、多発性硬化症の人の神経に見られるのとまったく同じ問題であることを彼は知っていました。そこで、研究者たちはこれらの同じマウスにMS薬4-APを与え、3時間後に再びそれらをテストしました。突然、動物は回転するドラムに反応して頭を動かし始めました。盲目のマウスは再び見ることができました。

未来を見る

スタンフォード大学の神経生物学および眼科の准教授Andrewは、10年以内に同様の偉業を達成できる可能性があると述べています。ワシントンの研究に関わっていないヒューバーマン。しかし、彼は、それは生物医学ツールキットへの新しい追加を使用するよりも意味がないルートだと言います。

「私たちは最近亡くなった人から目を離してそれを置くつもりはないと思いますフーバーマン氏は、「他の誰かに…そしてその人が見るだろう」と述べ、「たとえば、ドナーの眼と神経幹細胞を組み合わせるなど、生物工学と工学の組み合わせになると思う」と述べた。

科学者が幹細胞からドナーの眼に新しい網膜を成長させることができた場合、Huberman氏は、これらの新鮮な網膜ニューロンは、脳まで伸びることができる突起をより簡単に成長させる可能性があると述べた。

アプローチでは、多くの課題が待ち受けています。 Nickellsは視神経が押しつぶされたマウスを扱ってきたので、神経が切断されたときに同じ原理が機能するかどうかはまだわかりません。そして彼のチームは、げっ歯類の視神経を最大1センチメートルまで再生することができました。比較すると、人間の目から脳までの距離は割れ目です。

ワシントンの場合、次のステップでは、ラットと霊長類の両方でドナーの目の拒絶反応を監視する非侵襲的な方法を見つける必要があります。これにより、他の種類の移植を監視するための標準的な方法である拒絶反応を探すために、彼女が眼を生検する必要がなくなります。彼女が拒絶反応を特定したら、彼女は眼が標準的な免疫抑制薬にどのように反応するかを見たいと思っています。

全眼移植の最初の人間のレシピエントは、すでに顔面移植が予定されている人になるとワシントンは予測しています。これらの患者の多くは視覚障害者であり、免疫抑制薬を服用する必要があるため、眼を移植するリスクと報酬の比率は非常に低くなっています。

そして、先のハードルにもかかわらず、ワシントンは移植が最善の方法であると信じています。眼の損傷による視力喪失の治療において。 「特にトラウマ的な状況では、1つの手順で形と機能を組み合わせて復元できることが重要です。」

エリンヘアは、大学の神経科学博士課程の最終学年でフリーランスのサイエンスライターです。ピッツバーグ。この記事はSTATの許可を得て複製されています。 2016年11月23日に最初に公開されました。元のストーリーはこちらでご覧ください。