Onderzoekers streven naar de eerste menselijke oogtransplantatie binnen het decennium

PITTSBURGH – Wetenschappers streven al eeuwen naar succesvolle oogtransplantaties. Vroege pogingen lezen als het dagboek van Mary Shelley: het implanteren van een hondenoog in de lies van een rat, het transplanteren van een rattenoog naar de nek van een andere rat, het oog van een schaap uit de ene kom plukken en in de andere steken.

Maar nog nooit is een transplantatie van het hele oog met succes uitgevoerd bij een levend persoon. Het complexe web van spieren, bloedvaten en zenuwen van het oog – rechtstreeks verbonden met de hersenen – heeft eerdere experimenten tot mislukking gedoemd.

Nu wil een team van transplantatiechirurgen in Pittsburgh dat tij keren, en zij zijn hoopvol dat ze dit in het komende decennium kunnen doen, door donorogen te gebruiken om het gezichtsvermogen te herstellen bij mensen die traumatisch oogletsel hebben opgelopen.

“Ik hoop dat we over 10 jaar oogtransplantaties bij mensen zullen doen “, Zei dr. Kia Washington, plastisch chirurg aan het University of Pittsburgh Medical Center en hoofd van het onderzoeksteam.” Er zijn natuurlijk mensen die om voor de hand liggende redenen zeer sceptisch zijn. Het is een soort moonshot. ”

En het is een moonshot dat van bijzonder belang is voor het ministerie van Defensie, dat de belangrijkste financier van het project is. Traumatisch oogletsel is de vierde meest voorkomende gevechtswond bij Amerikaanse soldaten. Zowel soldaten als burgers meegerekend, leven bijna 1 miljoen Amerikanen met een verminderd gezichtsvermogen als gevolg van oogletsel. Met donorogen, denken Washington en haar collegas, zouden velen ooit weer kunnen zien.

Zicht hechten

De eerste gerapporteerde oogtransplantatiepogingen bij dieren begonnen in de 19e eeuw en bereikten een hoogtepunt tijdens de Tweede Wereldoorlog. Nog in 1977 concludeerde een taskforce van het National Eye Institute, na doordacht laboratoriumonderzoek, dat volledige oogtransplantaties niet succesvol konden zijn. Deze experimenten werden geplaagd door immuunafstoting, onvoldoende bloedstroom en gebrek aan zenuwfunctie.

Als het getransplanteerde oog ooit te zien is, zijn zenuwverbindingen essentieel – en ook het meest gecompliceerde deel van een oog transplantatie. De oogzenuw, die het oog met de hersenen verbindt, maakt samen met de hersenen en het ruggenmerg deel uit van het centrale zenuwstelsel. Terwijl zenuwen elders in het lichaam – bijvoorbeeld die in de vingers of op de hoofdhuid – verwondingen overleven en gemakkelijk regenereren, is het centrale zenuwstelsel niet zo veerkrachtig.

Maar Washington en het team zijn begonnen de code van de oogzenuw, die zijn cellen buiten het lichaam in leven houdt en hem ertoe aanzet om terug te groeien in een donordier.

En de afgelopen decennia is er een enorme vooruitgang geboekt in andere aspecten van de transplantatiegeneeskunde, waaronder immunosuppressiva en microchirurgische technieken , Zei Washington, waardoor transplantaties mogelijk waren die voorheen onmogelijk waren.

“Tien jaar, 20 jaar voordat handtransplantatie plaatsvond, was er veel scepsis en was de technologie er gewoon niet,” zei Washington. “Je kunt hetzelfde argumenteren met oogtransplantatie.”

Het team zette vorige maand een grote stap voorwaarts met een paper over de succesvolle transplantatie van het oog van een rat in een andere rat, inclusief het samenvoegen van de oogzenuwen. Het orgel was tot twee jaar later gezond en levend. De volgende fase, met de DoD-financiering, is om de zenuwen te regenereren om het zicht bij knaagdieren, primaten en uiteindelijk mensen daadwerkelijk te herstellen.

“De ontwikkeling van het ratmodel, door Kia, is een enorme vooruitgang in het kunnen uitvoeren van de complexe wetenschap die nodig is om met succes een heel oog te transplanteren, “zei Rob Nickells, een medewerker van Washington die hoogleraar oftalmologie en visuele wetenschappen is aan de Universiteit van Wisconsin.” Ik zou dat vol vertrouwen zeggen dat gezien het succes van de vragen, zal zij de eerste chirurg zijn die deze prestatie zal volbrengen. ”

Een kwestie van zenuwen

De sleutel tot deze oogtransplantaties, zeggen teamleden, is het probleem van de gevoelige oogzenuw. De eerste hindernis was simpelweg de zenuw in leven te houden.

“Alleen al het oog oogsten voor transplantatie is alle cellen vertellen dat ze dood moeten gaan”, zei Nickells.

In tests op muizen, richtte Nickells zich op het BAX-gen, een belangrijke speler die celdood orkestreert.In 2010 ontdekte hij dat muizen zonder dit gen geen enkele van hun oogzenuwcellen verloren na een verwonding, zelfs jaren later – terwijl bij een normale muis alle cellen binnen drie weken dood waren.

Sinds Vervolgens heeft Nickells gewerkt aan hoe genexpressie – niet alleen de aanwezigheid van BAX of andere genen – de overleving van neuronen beïnvloedt. In de toekomst is hij van plan op zoek te gaan naar een kandidaat-geneesmiddel dat BAX zou kunnen blokkeren, dat theoretisch zou kunnen worden toegevoegd aan de oplossing die het donoroog bewaart totdat het kan worden overgedragen naar de ontvanger.

De tweede hindernis , nadat het de cellen in leven heeft gehouden, stimuleert het in feite de zenuw om te groeien. De donorzenuw kan niet zomaar samenkomen met de ontvangende stronk, maar moet in plaats daarvan helemaal van het oog naar de hersenen teruggroeien. Bij een volwassene missen zenuwcellen dit vermogen om te groeien, maar Zhigang He, hoogleraar neurologie aan de Harvard Medical School, heeft samen met Washington geprobeerd de klok terug te draaien.

“We moeten een manier vinden om te herprogrammeren. oude neuronen worden jonge neuronen, “zei hij.” Volwassen neuronen hebben geen groeivermogen. Op de een of andere manier moeten we ervoor zorgen dat ze opnieuw kunnen groeien. ”

In januari publiceerden hij en zijn team een paper waarin werd aangetoond dat een nieuwe medicijncocktail precies dat kan doen bij muizen. Het medicijn schakelt een onderdrukkingsroute voor tumoren uit en laat neuronen groeien. Toen onderzoekers het optische kanaal net buiten de hersenen doorsneden, herstelde de zenuw zich om de kloof binnen 28 dagen te overbruggen.

Maar konden de muizen echt zien? Om deze vraag te beantwoorden lieten de onderzoekers de muizen acht weken na verwonding een draaiende trommel zien, beschilderd met verticale zwart-witte strepen. Een normale muis draait natuurlijk zijn kop om de strepen te volgen. De muizen met herstelde zenuwen gaven geen krimp, wat aangeeft dat ze niet konden zien.

Hij realiseerde zich dat dit falen om het gezichtsvermogen te herstellen gebeurde omdat de vers gegroeide zenuwen op een belangrijke manier verschilden van normale zenuwen: ze misten isolatie, zodat de elektrische signalen van het oog afnamen voordat ze de hersenen bereikten.

Dit, wist hij, is precies hetzelfde probleem dat wordt gezien in de zenuwen van mensen met multiple sclerose. Dus gaven de onderzoekers dezelfde muizen het MS-medicijn 4-AP, en drie uur later testten ze ze opnieuw. Plots begonnen de dieren hun kop te bewegen als reactie op de draaiende trommel. Blinde muizen konden weer zien.

De toekomst zien

Het bereiken van een vergelijkbare prestatie bij mensen zou binnen 10 jaar mogelijk kunnen zijn, zei Stanford universitair hoofddocent neurobiologie en oftalmologie Andrew Huberman, die niet betrokken is bij het onderzoek van Washington. Maar hij zegt dat het een route is die minder logisch is dan het gebruik van nieuwere toevoegingen aan de biomedische toolkit.

“Ik denk niet dat we gewoon een oogje gaan houden op een onlangs overleden persoon en het op iemand anders… en die persoon zal het zien, “zei Huberman.” Ik denk dat het een combinatie wordt van biologie en techniek “- zoals bijvoorbeeld het combineren van een donoroog met neurale stamcellen.

Als wetenschappers uit stamcellen een nieuw netvlies op het donoroog zouden kunnen laten groeien, zei Huberman, zouden die verse netvliesneuronen gemakkelijker projecties kunnen laten groeien die zich helemaal tot aan de hersenen kunnen uitstrekken.

Ongeacht de aanpak, liggen er veel uitdagingen in het verschiet. Nickells heeft gewerkt met muizen waarvan de oogzenuwen waren verpletterd, dus het valt nog te bezien of dezelfde principes zullen werken als de zenuw wordt doorgesneden. En het team van He is erin geslaagd om de oogzenuw van het knaagdier maximaal 1 centimeter terug te laten groeien; Ter vergelijking: de afstand van het oog tot de hersenen bij een mens is een kloof.

Voor Washington zijn de volgende stappen het vinden van niet-invasieve manieren om mogelijke afstoting van het donoroog bij zowel ratten als primaten te controleren. Dit voorkomt dat ze een biopsie van het oog moet ondergaan om te zoeken naar afstoting, wat de standaardmanier is om andere soorten transplantaties te controleren. Zodra ze afstoting heeft vastgesteld, wil ze zien hoe het oog reageert op de standaard immunosuppressiva.

De eerste menselijke ontvangers van volledige oogtransplantaties, voorspelt Washington, zullen degenen zijn die al gepland zijn voor een gezichtstransplantatie. Veel van deze patiënten zijn blind en zullen hoe dan ook immunosuppressiva moeten gebruiken, dus de verhouding tussen risico en beloning van oogtransplantatie is erg laag.

En ondanks de hindernissen die voor ons liggen, gelooft Washington dat transplantatie de beste manier is om vooruit te komen. bij het behandelen van gezichtsverlies door oogletsel. “Vooral in de traumatische setting gaat het er echt om dat je vorm en functie gecombineerd in één procedure kunt herstellen.”

Erin Hare is een freelance wetenschapsschrijver in haar laatste jaar van een neurowetenschappelijk PhD-programma aan de University of Pittsburgh.Dit artikel is gereproduceerd met toestemming van STAT. Het werd voor het eerst gepubliceerd op 23 november 2016. Vind het originele verhaal hier.