Cercetătorii vizează primul transplant de ochi umani în deceniul respectiv

PITTSBURGH – Oamenii de știință s-au străduit pentru transplanturi oculare de succes de secole. Încercările timpurii au citit ca jurnalul lui Mary Shelley: implantarea unui ochi de câine în inghinele unui șobolan, transplantarea unui ochi de șobolan pe gâtul altui șobolan, smulgerea ochiului unei oi dintr-o priză și plasarea acestuia în cealaltă.

Dar niciodată nu s-a făcut cu succes un transplant de ochi întregi la o persoană vie. Rețeaua complexă de ochi de mușchi, vase de sânge și nervi – conectată direct la creier – a condamnat experimentele anterioare la eșec.

Acum, o echipă de chirurgi de transplant din Pittsburgh își propune să schimbe valul și sunt sper că vor putea face acest lucru doar în următorul deceniu, folosind ochii donatorilor pentru a restabili vederea la persoanele care au suferit leziuni oculare traumatice.

„Sper că în 10 ani vom face transplanturi oculare la oameni „, A spus dr. Kia Washington, chirurg plastic la Universitatea din Pittsburgh Medical Center și șeful echipei de cercetare.” Există oameni care sunt foarte sceptici, evident, din motive evidente. Este un fel de lună. ”

Și este o lună care prezintă un interes special pentru Departamentul Apărării, care este principalul finanțator al proiectului. Leziunile oculare traumatice sunt a patra rană de luptă cea mai frecventă pentru soldații americani. Numărând atât soldați, cât și civili, aproape un milion de americani trăiesc cu tulburări de vedere din cauza leziunilor oculare. Cu ochii donatorilor, cred Washington și colegii ei, mulți ar putea într-o zi să vadă din nou.

Suturarea vederii

Primele încercări de transplant ocular raportate la animale au început în secolul al XIX-lea și au atins apogeul în timpul celui de-al doilea război mondial. Încă din 1977, un grup de lucru de la Institutul Național al Ochilor a concluzionat, după o investigație atentă de laborator, că transplanturile de ochi întregi nu ar putea avea succes. Aceste experimente au fost afectate de probleme de respingere imună, flux sanguin inadecvat și lipsa funcției nervoase.

Dacă ochiul transplantat se vede vreodată, conexiunile nervoase sunt esențiale – și, de asemenea, cea mai complicată parte a unui ochi transplant. Nervul optic, care conectează ochiul la creier, face parte din sistemul nervos central, împreună cu creierul și măduva spinării. În timp ce nervii din alte părți ale corpului – de exemplu, cei din degete sau de pe scalp – supraviețuiesc leziunilor și se regenerează ușor, sistemul nervos central nu este atât de rezistent.

Dar Washington și echipa au început să spargă codul nervului optic, menținându-și celulele vii în afara corpului și convingându-l să regreseze într-un animal donator.

Și în ultimele decenii s-au înregistrat progrese uriașe în alte aspecte ale medicinei de transplant, inclusiv medicamente imunosupresoare și tehnici microchirurgicale. , A spus Washington, care au permis transplanturi care până acum erau imposibile.

„Zece ani, 20 de ani înainte de transplantul de mână a avut loc, a existat mult scepticism și pur și simplu tehnologia nu a fost acolo”, a spus Washington. „Puteți argumenta același lucru și cu transplantul de ochi.”

Echipa a făcut un pas major înainte luna trecută, cu o lucrare care arată transplantul cu succes al unui ochi de șobolan într-un alt șobolan, inclusiv aderarea la nervii optici. Organul era sănătos și viu până la doi ani mai târziu. Următoarea etapă, cu finanțarea DoD, este regenerarea nervilor pentru a restabili efectiv vederea la rozătoare, primate și, în cele din urmă, la oameni.

„Dezvoltarea modelului șobolan, de Kia, este o imensă progres în a fi capabil să conducă știința complexă necesară pentru a transplanta cu succes un ochi întreg „, a spus Rob Nickells, un colaborator cu Washington care este profesor de oftalmologie și științe vizuale la Universitatea din Wisconsin.” Aș spune cu încredere că, dat fiind succesul întrebări, ea va fi primul chirurg care va realiza acest lucru. ”

O chestiune de nerv

Cheia acestor transplanturi oculare, spun membrii echipei, este problema nervului optic delicat. Primul obstacol a fost pur și simplu menținerea nervului în viață.

„Doar recoltarea unui ochi pentru transplant înseamnă a spune tuturor celulelor că trebuie să moară”, a spus Nickells.

În testele pe șoareci, Nickells a pus la punct gena BAX, un jucător cheie care orchestrează moartea celulară.În 2010, el a descoperit că șoarecii fără această genă nu și-au pierdut niciuna dintre celulele nervoase optice după rănire, chiar și ani mai târziu – în timp ce la un șoarece normal toate celulele erau moarte în decurs de trei săptămâni.

apoi, Nickells a lucrat la modul în care expresia genelor – nu doar simpla prezență a BAX sau a altor gene – afectează supraviețuirea neuronilor. În viitor, el intenționează să înceapă căutarea unui medicament candidat care ar putea bloca BAX, care teoretic ar putea fi adăugat la soluția care păstrează ochiul donatorului până când acesta poate fi transferat către destinatarul său.

Al doilea obstacol , după ce a menținut celulele în viață, stimulează de fapt nervul să crească. Nervul donatorului nu poate pur și simplu să se unească cu butucul receptorului, ci în schimb trebuie să regreseze până la creier. La un adult, celulele nervoase nu au această capacitate de creștere, dar profesorul de neurologie al Școlii Medicale Harvard Zhigang He a lucrat cu Washingtonul pentru a încerca să întoarcă ceasul înapoi.

„Trebuie să găsim o modalitate de a reprograma neuronii vechi să fie neuroni tineri „, a spus el.” Neuronii adulți nu au capacitate de creștere. Într-un fel, trebuie să-i facem capabili să regreseze. ”

În ianuarie, El și echipa sa au publicat o lucrare care arată că un cocktail nou de droguri poate face exact asta la șoareci. Medicamentul dezactivează o cale de supresie tumorală și permite neuronilor să crească. Când cercetătorii au tăiat tractul optic chiar în afara creierului, nervul a revenit pentru a acoperi decalajul în termen de 28 de zile.

Dar șoarecii ar putea vedea de fapt? Pentru a răspunde la această întrebare, la opt săptămâni după rănire, cercetătorii au arătat șoarecilor un tambur rotativ pictat cu dungi verticale alb-negru. Un șoarece normal întoarce în mod natural capul pentru a urmări dungile. Șoarecii cu nervi regenerați nu s-au clătinat, indicând că nu au putut vedea.

Și-a dat seama că acest eșec de a restabili vederea s-a întâmplat deoarece nervii proaspăt crescuți difereau într-un mod cheie de nervii normali: le lipseau izolație, astfel încât semnalele electrice de la ochi s-au diminuat înainte de a ajunge la creier.

Aceasta, știa El, este exact aceeași problemă ca și în nervii persoanelor cu scleroză multiplă. Astfel, cercetătorii au dat acestor șoareci același medicament MS 4-AP și trei ore mai târziu le-au testat din nou. Deodată animalele au început să-și miște capul ca răspuns la tamburul rotativ. Șoarecii orbi au putut vedea din nou.

Văzând viitorul

Realizarea unei fapte similare la oameni ar putea fi posibilă în decurs de 10 ani, a declarat Andrew, profesor asociat de neurobiologie și oftalmologie, Andrew Huberman, care nu este implicat în cercetările de la Washington. Dar el spune că este o cale care are mai puțin sens decât utilizarea unor adăugiri mai noi la setul de instrumente biomedicale.

„Nu cred că vom lua doar un ochi de la o persoană recent decedată și o vom pune pe altcineva … și acea persoană o să vadă „, a spus Huberman.” Cred că va fi o combinație de biologici și inginerie „- cum ar fi, de exemplu, combinarea unui ochi donator cu celule stem neuronale.

Dacă oamenii de știință ar putea crește o nouă retină pe ochiul donator din celulele stem, a spus Huberman, acei neuroni retinieni proaspeți ar putea crește mai ușor proiecții care se pot întinde până la creier.

Indiferent de abordare, multe provocări ne așteaptă. Nickells a lucrat cu șoareci ai căror nervi optici au fost zdrobiți, așa că rămâne de văzut dacă aceleași principii vor funcționa atunci când nervul este tăiat. Și echipa lui He a reușit să recrească nervul optic al rozătoarelor cu cel mult 1 centimetru; prin comparație, distanța de la ochi la creier la un om este o prăpastie.

Pentru Washington, pașii următori implică găsirea unor modalități neinvazive de a monitoriza posibila respingere a ochiului donator atât la șobolani, cât și la primate. Acest lucru o va împiedica să fie nevoită să biopsieze ochiul pentru a căuta respingerea, care este modalitatea standard de a monitoriza alte tipuri de transplanturi. Odată ce identifică respingerea, vrea să vadă cum reacționează ochiul la medicamentele imunosupresoare standard.

Primii destinatari umani ai transplanturilor de ochi întregi, prezice Washingtonul, vor fi cei care urmează să facă un transplant de față. Mulți dintre acești pacienți sunt orbi și vor trebui să ia medicamente imunosupresoare, indiferent, astfel încât raportul risc / recompensă al transplantului de ochi este foarte scăzut.

Și, în ciuda obstacolelor viitoare, Washingtonul consideră că transplantul este cea mai bună cale de urmat. în tratarea pierderii vederii din cauza leziunilor oculare. „În special în contextul traumatic, este într-adevăr să poți restabili forma și funcția combinate într-o singură procedură.”

Erin Hare este scriitoare independentă în ultimul ei an al unui program de doctorat în neuroștiințe la Universitatea din Pittsburgh.Acest articol este reprodus cu permisiunea STAT. A fost publicat pentru prima dată pe 23 noiembrie 2016. Găsiți povestea originală aici.