Forskere sikter mot første menneskelige øyetransplantasjon i løpet av tiåret

PITTSBURGH – Forskere har arbeidet for vellykkede øyetransplantasjoner i århundrer. Tidlige forsøk leste som dagboken til Mary Shelley: å implantere et hundes øye i en rottes lyske, transplantere et rotteøye på nakken til en annen rotte, plukke et sauøye fra den ene sokkelen og plassere den i den andre.

Men det har aldri blitt gjennomført en heløyetransplantasjon med hell i en levende person. Øyets komplekse nett av muskler, blodkar og nerver – koblet direkte til hjernen – har dømt tidligere eksperimenter til å mislykkes.

Nå har et team av transplantasjonskirurger i Pittsburgh som mål å vende tidevannet, og de er håper de kan gjøre det i løpet av det neste tiåret ved å bruke donorøyne for å gjenopprette synet hos mennesker som har fått traumatiske øyeskader.

«Jeg håper at vi om ti år skal gjøre øyetransplantasjoner hos mennesker , «Sa Dr. Kia Washington, plastisk kirurg ved University of Pittsburgh Medical Center og leder for forskerteamet.» Det er mennesker som åpenbart er veldig skeptiske av åpenbare grunner. Det er slags måneskudd. ”

Og det er et måneskudd som er av spesiell interesse for Forsvarsdepartementet, som er hovedfinansierer av prosjektet. Traumatiske øyeskader er det fjerde vanligste kampsåret for amerikanske soldater. Teller både soldater og sivile, nesten 1 million amerikanere lever med nedsatt syn på grunn av øyeskade. Med donorøyne, mener Washington og hennes kolleger, kunne mange en dag se igjen.

Sutur syn

De første rapporterte øyetransplantasjonsforsøkene hos dyr begynte på 1800-tallet og toppet seg under andre verdenskrig. Så sent som i 1977 konkluderte en arbeidsgruppe ved National Eye Institute, etter gjennomtenkt laboratorieundersøkelse, at hele øyetransplantasjoner ikke kunne lykkes. Disse eksperimentene var plaget med problemer med immunavvisning, utilstrekkelig blodstrøm og mangel på nervefunksjon.

Hvis det transplanterte øyet noen gang er å se, er nerveforbindelser avgjørende – og også den mest kompliserte delen av et øye transplantasjon. Optisk nerve, som forbinder øyet med hjernen, er en del av sentralnervesystemet, sammen med hjernen og ryggmargen. Mens nerver andre steder i kroppen – for eksempel de i fingrene eller i hodebunnen – overlever skader og regenererer lett, er ikke sentralnervesystemet så spenstig.

Men Washington og teamet har begynt å knekke koden til synsnerven, holder cellene i live utenfor kroppen og lokker den til å vokse igjen i et donordyr. , Sa Washington, som har tillatt transplantasjoner som tidligere var umulige.

«Ti år, 20 år før håndtransplantasjon skjedde, var det mye skepsis, og rett og slett var teknologien ikke der,» sa Washington. «Du kan argumentere for det samme med øyetransplantasjon.»

Teamet tok et stort skritt fremover i forrige måned med et papir som viser en vellykket transplantasjon av et rotteøye i en annen rotte, inkludert å bli med i optiske nerver. Orgelet var sunt og levende opptil to år senere. Den neste fasen, med DoD-finansiering, er å regenerere nervene for faktisk å gjenopprette synet hos gnagere, primater og til slutt mennesker.

«Utviklingen av rotte-modellen, av Kia, er en enorm fremskritt i å kunne gjennomføre den komplekse vitenskapen som trengs for å lykkes med å transplantere et helt øye, «sa Rob Nickells, en samarbeidspartner med Washington som er professor i oftalmologi og visuell vitenskap ved University of Wisconsin.» Jeg vil med sikkerhet si at gitt suksess av spørsmål, hun vil være den første kirurgen som oppnår denne prestasjonen. ”

Et spørsmål om nerve

Nøkkelen til disse øyetransplantasjonene, sier teammedlemmene, er problemet med den delikate synsnerven. Den første hindringen var å holde nerven i live.

«Bare å høste et øye for transplantasjon forteller alle cellene at de må dø,» sa Nickells.

I tester på mus, Nickells nullet inn på BAX-genet, en nøkkelaktør som orkestrerer celledød.I 2010 oppdaget han at mus uten dette genet ikke mistet noen av de optiske nervecellene etter skade, selv år senere – mens i en normal mus var alle cellene døde i løpet av tre uker.

Siden så har Nickells jobbet med hvordan genuttrykk – ikke bare tilstedeværelsen av BAX eller andre gener – påvirker nevronoverlevelse. I fremtiden planlegger han å begynne å søke etter en legemiddelkandidat som kan blokkere BAX, som teoretisk sett kan legges til løsningen som bevarer giverens øye til den kan overføres til mottakeren.

Det andre hinderet , etter å ha holdt cellene i live, er faktisk anspore nerven til å vokse. Givernerven kan ikke bare gå sammen med mottakerstubben, men må i stedet vokse helt fra øyet til hjernen. Hos voksne mangler nerveceller denne evnen til vekst, men professor i nevrologi Zhigang fra Harvard Medical School. Han har jobbet med Washington for å prøve å skru klokken tilbake.

«Vi må finne en måte å omprogrammere. gamle nevroner å være unge nevroner, «sa han.» Voksne nevroner har ikke vekstevne. På en eller annen måte må vi gjøre dem i stand til å vokse igjen. ”

I januar publiserte han og teamet et papir som viser at en ny medisincocktail kan gjøre akkurat det hos mus. Legemidlet deaktiverer en svulstundertrykkelsesvei og lar nevroner vokse. Når forskere kuttet optisk kanal rett utenfor hjernen, vokste nerven tilbake for å bygge bro over gapet innen 28 dager.

Men kunne musene faktisk se det? For å svare på dette spørsmålet, viste forskerne åtte uker etter skaden musene en roterende trommel malt med loddrette sorte og hvite striper. En vanlig mus snur naturlig hodet for å følge stripene. Musene med regenererte nerver rykket ikke ut, noe som tyder på at de ikke kunne se.

Han innså at denne mangelen på å gjenopprette synet skjedde fordi de ferskvoksne nervene skilte seg på en nøkkel måte fra normale nerver: De manglet isolasjon, slik at elektriske signaler fra øyet ble redusert før de nådde hjernen.

Dette, visste han, er nøyaktig det samme problemet som man ser i nervene til mennesker med multippel sklerose. Så forskerne ga MS-medikamentet 4-AP til de samme musene, og tre timer senere testet dem igjen. Plutselig begynte dyrene å bevege hodet som svar på den roterende trommelen. Blinde mus kunne nok en gang se.

Å se fremtiden

Å oppnå en lignende prestasjon hos mennesker kan være mulig innen ti år, sa Stanford lektor i nevrobiologi og oftalmologi Andrew Huberman, som ikke er involvert i Washingtons forskning. Men han sier at det er en rute som gir mindre mening enn å bruke nyere tilskudd i det biomedisinske verktøysettet.

«Jeg tror ikke vi bare skal ta et øye fra en nylig avdød person og si det på noen andre … og den personen kommer til å se, «sa Huberman.» Jeg tror det kommer til å bli en kombinasjon av biologiske stoffer og ingeniørarbeid «- som for eksempel å kombinere et donorøye med nevrale stamceller.

Hvis forskere var i stand til å dyrke en ny netthinne på donorøyet fra stamceller, sa Huberman, kan de friske retinalneuronene lettere vokse fremskrivninger som kan strekke seg helt til hjernen.

Uavhengig av tilnærming, mange utfordringer ligger foran oss. Nickells har jobbet med mus der optiske nerver ble knust, så det gjenstår å se om de samme prinsippene vil fungere når nerven blir kuttet. Og teamet fra He har klart å vokse gnageren i synsnerven på det meste 1 centimeter; til sammenligning er avstanden fra øyet til hjernen hos et menneske en kløft.

For Washington innebærer de neste trinnene å finne ikke-invasive måter å overvåke mulig avvisning av donorøyet hos både rotter og primater. Dette vil forhindre at hun må biopsi øyet for å se etter avvisning, som er standard måte å overvåke andre typer transplantasjoner på. Når hun først har identifisert avvisning, vil hun se hvordan øyet reagerer på de vanlige immunsuppressive medikamentene.

De første menneskelige mottakerne av heløyetransplantasjoner, forutsier Washington, vil være de som allerede er beregnet på ansiktstransplantasjon. Mange av disse pasientene er blinde og må ta immunsuppressive medikamenter uansett, så risikoen mot belønningsforholdet for å transplantere øyet er veldig lavt.

Og til tross for hindringene fremover, mener Washington at transplantasjon er den beste veien videre. ved behandling av synstap fra øyeskade. «Spesielt i traumatiske omgivelser handler det egentlig om å kunne gjenopprette form og funksjon kombinert i en prosedyre.»

Erin Hare er frilansvitenskapelig forfatter i sitt siste år av et doktorgradsprogram ved nevrovitenskap ved University of Pittsburgh.Denne artikkelen er gjengitt med tillatelse fra STAT. Den ble først publisert 23. november 2016. Finn den originale historien her.