Zobaczyć świat cudzymi oczami. Przeszczep oka coraz bliżej

Obecnie nie istnieje coś takiego jak przeszczep gałki ocznej, choć kilka zespołów badawczych na całym świecie ciężko pracuje, by to zmienić. Oko to skomplikowana sieć mięśni, naczyń krwionośnych i nerwów, które są podłączone bezpośrednio do mózgu. Do tej pory żadna z podejmowanych prób przeszczepu gałki ocznej od żywej osoby nie zakończyła się sukcesem. Zespół naukowców z Uniwersytetu w Pittsburghu ma nadzieję, że uda się im odwrócić tę serię. Chirurdzy chcą dokonać przełomu w najbliższej dekadzie i przywrócić wzrok osobom, które doznały nieodwracalnych urazów oczu.

- Jestem pełna nadziei, że za 10 lat będziemy dokonywać przeszczepów oczu u ludzi. Wielu naukowców jest sceptycznych, z oczywistych powodów. To jak misja na Marsa albo jeszcze dalej - powiedziała dr Kia Washington z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Pittsburghu.

U człowieka, a także większości innych zwierząt wyróżnia się 5 podstawowych zmysłów oraz pozostałe zaliczane do dotyku. Wzrok umożliwia rozpoznawanie fal elektromagnetycznych w widzialnym zakresie światła, ale ponieważ jedne receptory są odpowiedzialne za detekcję koloru (czopki), a inne jasności (pręciki), wzrok czasami uznaje się za składający się z dwóch osobnych zmysłów.

Dzięki oczom, czyli narządom wzroku, uzyskujemy aż 80 proc. informacji docierających do nas z otoczenia. Oczy pośredniczą w przekazywaniu informacji z zakresu widzialnego, czyli 400-700 nm. Ludzie nie mogą "widzieć" w podczerwieni czy ultrafiolecie. Oko to niezwykle skomplikowany, perfekcyjnie działający narząd, który stosunkowo łatwo uszkodzić. Najważniejszymi elementami każdego oka są następujące elementy:

• Rogówka - przezroczysta soczewka zewnętrzna przykrywająca tęczówkę i źrenicę. Jest to pierwsza i najmocniejsza soczewka w układzie optycznym oka - to tu najpierw docierają fale elektromagnetyczne. Wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, rogówka tworzy układ skupiający promienie świetlne, by na siatkówce pojawił się ostry obraz przedmiotu.
• Soczewka - jest narządem o grubości 4 mm umocowanym na więzadełkach i mięśniach między tęczówką a ciałem szklistym. Jest przezroczysta i ma kształt dwuwypukłego krążka. Element ten ogniskuje promienie świetlne tak, by tworzyły na siatkówce obraz pomniejszony i odwrócony.
• Źrenica - element oka zwężający lub rozszerzający się za pomocą skurczów mięśni niezależnych od naszej woli, dzięki czemu reguluje ilość światła padającego na siatkówkę. Szerokość źrenicy zależy od oświetlenia (intensywne oświetlenie = wąska źrenica), a także od emocji.
• Siatkówka - zbudowana jest z komórek nerwowych oraz czopków i pręcików, które są po prostu zmodyfikowanymi neuronami. Pręciki reagują nawet na światło o niewielkiej intensywności, ale nie pozwalają na rozróżnianie kolorów. Czopki z kolei reagują tylko na wysokie natężenie światła, ale za to wspomagają rozróżnianie kolorów. Informacje z siatkówki poprzez nerw wzrokowy są przekazywane do mózgu.

Sposób, w jaki siatkówka obu oczu łączy się z korą wzrokową półkul mózgowych w obu częściach mózgu, nie jest tak prosty, jak mogłoby się wydawać. Nerwy wzrokowe obu oczu łączą się bezpośrednio przed wejściem do wgłębienia czaszki, tworząc tzw. skrzyżowanie wzrokowe. Później dzielą się one ponownie na dwa rozgałęzienia - drogi wzrokowe - które łącząc się z ciałem kolankowatym bocznym prowadzą do obu części kory wzrokowej półkul mózgowych.

Skrzyżowanie wzrokowe jest miejscem, gdzie nerw wzrokowy z każdego oka rozdziela się na dwie drogi wzrokowe w taki sposób, że każda z nich zawiera włókna wzrokowe pochodzące z obu oczu. W układzie tym lewa połowa kory wzrokowej przetwarza informacje wizualne pochodzące z lewej strony siatkówki obu oczu (prawa strona pola widzenia), natomiast prawa połowa kory wzrokowej zajmuje się prawą stroną każdej z siatkówek (lewa strona pola widzenia).

Każde włókno nerwowe tworzy połączenia pomiędzy jego końcem na siatkówce i szczegółowo zdefiniowanym miejscem w płatach potylicznych kory mózgowej. Z tego powodu możliwe jest przyporządkowanie określonej powierzchni siatkówki do punktów kory wzrokowej. Można zauważyć, że obszar żółtej plamki zajmuje proporcjonalnie o wiele większy region kory wzrokowej niż pozostałe obszary siatkówki.

Informacja z ciała kolankowatego bocznego zarówno z warstw wielko-, jak i drobnokomórkowych przesyłana jest za pośrednictwem włókien nerwowych do kory wzrokowej. Pasmo tych włókien tworzy promienistość wzrokową.

Współczesna chirurgia jest w stanie poradzić sobie nawet ze skomplikowanymi urazami oka, a wiele wad wzroku, takich jak krótko- czy dalekowzroczność, astygmatyzm, zaćma oraz jaskra są w pełni wyleczalne. Możliwe są przeszczepy poszczególnych części oka, ale nie całej gałki ocznej.

Pierwsze próby przeszczepu gałki ocznej podjęto na zwierzętach w XIX w., a najwięcej przeprowadzano ich podczas II wojny światowej. W 1977 r. po złożonych testach laboratoryjnych naukowcy z National Eye Institute stwierdzili, że przeszczep całej gałki ocznej nie ma prawa się udać. Trudności, które należałoby pokonać - od reakcji układu odpornościowego, przez niedostateczny przepływ krwi po brak możliwości przywrócenia funkcji nerwów - były uznawane za zbyt duże, by można było myśleć o tego typu operacji inaczej niż w kategoriach science fiction. Czy tak samo jest dzisiaj?

- 20 lat temu o przeszczepie ręki nie można było nawet marzyć - nie było odpowiedniej technologii. Tak samo jest z transplantacją oka. Dzisiaj niemożliwa, a za dekadę? - powiedziała Washington.

Jeżeli przeszczepiona gałka oczna miałaby być w pełni funkcjonalna, a nie tylko spełniać rolę protezy, to kluczowe jest połączenie nerwów, czyli najbardziej skomplikowany etap transplantacji. Nerw wzrokowy, który łączy oko z mózgiem, jest ważnym elementem centralnego układu nerwowego (obok mózgu i rdzenia kręgowego). Neurony wchodzące w skład centralnego układu nerwowego nie regenerują się, więc w przeciwieństwie do tych choćby z kończyn, po uszkodzeniu nie odzyskują swoich funkcji. Oznacza to, że przeciętego nerwu wzrokowego nie warto ponownie przyszywać, bo i tak się nie zregeneruje.

Ale zespół dr Washington zaczął rozbierać na czynniki pierwsze kod genetyczny nerwu wzrokowego, "zmuszając" go do regeneracji. Zespół ambitnej lekarki przeprowadził transplantację oka szczura do innego zwierzęcia i pomyślnie połączył ich nerwy wzrokowe. Organ działał prawidłowo przez 2 lata. To właśnie wykorzystanie technik edycji genów daje szanse na powodzenie transplantacji gałki ocznej. Postęp jaki dokonał się w transplantologii w ostatnich dziesięcioleciach - poprawione leki immunosupresyjne i techniki mikrochirurgiczne - może sprawić, że będziemy w stanie przeprowadzać przeszczepy, które wcześniej były niemożliwe.

- Badania przeprowadzone przez Kię na modelu szczurzym to ogromny krok naprzód w stronę przeszczepu całego oka. Uważam, że jeżeli uda jej się opanować proces regeneracji nerwu wzrokowego, będzie ona pierwszym chirurgiem, który osiągnie ten długoterminowy cel - powiedział prof. Rob Nickells, okulista z Uniwersytetu Wisconsin, współpracownik Kii Washington.

Kolejnym etapem jest regeneracja nerwów wzrokowych u gryzoni, naczelnych, a w końcu u ludzi.

Aby móc choćby myśleć o połączeniu nerwów wzrokowych, trzeba jak najdłużej utrzymać je przy życiu. Tworzące nerw komórki po prostu nie mogą umrzeć. Podczas eksperymentów na myszach, Nickells wyłączył w komórkach nerwowych gen BAX, który odgrywa kluczową rolę w procesie apoptozy (programowanej śmierci komórkowej). Gryzonie pozbawione genu BAX nie tracą żadnej z uszkodzonych komórek nerwu wzrokowego, nawet rok po urazie. W normalnych warunkach, wszystkie uszkodzone komórki zostają usunięte z organizmu w ciągu 3 tygodni.

Od momentu odkrycia wpływu genu BAX na przeżywalność komórek nerwu wzrokowego, Nickells bada ekspresję innych genów, które mogą być ważne w kontekście przetrwania neuronów. W przyszłości leki blokujące ekspresję BAX i genów pokrewnych, mogą być podawane pacjentom po przebytym przeszczepie gałki ocznej. To jednak połowa sukcesu. Nie wystarczy by komórki nerwowe nie zostały usuwane z organizmu, równie istotne jest by pobudzić je do wzrostu. Myśląc o przeszczepie gałki ocznej, nie możemy myśleć jak o transplantacji innego narządu. Nerwu dawcy i nerwu biorcy przeszczepu nie można połączyć "w połowie". By operacja zakończyła się sukcesem, nerw dawcy musi zregenerować się na całej drodze do mózgu. Problem z neuronami jest jednak taki, że z zasady są one bardzo niechętne do wzrostu. Zhigang He z Harvardu stara się jednak to zmienić.

- Musimy znaleźć sposób, aby przeprogramować stare neurony w młode. Dorosłe neurony nie mają zdolności wzrostu, młode tak. W jakiś sposób musimy cofnąć je w rozwoju - powiedział He.

W ubiegłym miesiącu Zhigang He opublikował artykuł pokazujący działanie nowego leku, który podany myszom wywołuje pożądany efekt. Po podaniu preparatu, nerw wzrokowy przecięty na obrzeżach mózgu zregenerował się w ciągu 28 dni. To obiecujący wynik, ale czy przywrócił on myszom wzrok? Aby odpowiedzieć na to pytanie, 8 tygodni po przeprowadzeniu zabiegu, uczeni pokazali myszom obrotowy bęben, pomalowany w czarno-białe paski. Zdrowe gryzonie śledzą ruch bębna, wykazując zainteresowanie. Zwierzęta poddane procesor regeneracji nerwu wzrokowego ani drgnęły, co oznacza, że obiektu nie widziały.

He sugeruje, że niepowodzenie eksperymentu to konsekwencja faktu, że zregenerowany nerw wzrokowy różnił się od tego, który jest obecny u zdrowych organizmów. Brakowało mu izolacji, więc sygnały elektryczne odbierane w oku wygaszały się przed dotarciem do mózgu. Ten sam problem obserwujemy u osób cierpiących na stwardnienie rozsiane (SM). He podał myszom lek 4-AP stosowany w terapii SM i po 3 godzinach ponownie zbadał reakcję zwierząt. Gryzonie były żywo zainteresowane pokazywanym bębnem i aktywnie wodziły za nim wzrokiem. Ślepe do niedawna myszy znów widziały. Osiągnięcie podobnego etapu jak w eksperymentach na myszach powinno być możliwe u ludzi w ciągu 10 lat.

- Nie sądzę, że kiedyś będziemy pobierać gałki oczne od zmarłych i przeszczepiali je osobom niewidomym, by odzyskały wzrok. Myślę, że to będzie proces bardziej złożony, jak na przykład oko dawcy połączone z neuronalnymi komórkami macierzystymi - powiedział Andrew Huberman, profesor neurobiologii i oftalmologii, niezwiązany z badaniami Kii Washington.

Jeżeli naukowcom udałoby się rozwinąć nową siatkówkę w oku dawcy z komórek macierzystych, świeże neurony z niej wychodzące są bardziej podatne na regenerację i rozciągnięcie się aż do mózgu.

Na świecie żyje blisko 50 mln osób niewidomych i aż 269 mln z zaburzeniami widzenia, które ostatecznie mogą doprowadzić do utraty wzroku. Naukowcy z różnych placówek prowadzą różne badania, które mają wspólny cel: regenerację nerwu wzrokowego i przywrócenie widzenia. Nickells prowadzi obecnie eksperymenty nad myszami ze zmiażdżonym nerwem wzrokowym, by sprawdzić, czy hamowanie genu BAX także zadziała w tym przypadku. Do tej pory, zespół Nickellsa zregenerował nerw wzrokowy myszy o ok. 1 cm.

Następnymi krokami dr Washignton będzie znalezienie nieinwazyjnych sposobów monitorowania ewentualnego odrzucenia oka dawcy u szczurów i naczelnych, bez konieczności przeprowadzania biopsji. Washington chce także sprawdzić, jak gałka oczna reaguje na standardowe leki immunosupresyjne podawane przy okazji innych transplantacji.

Pierwszymi osobami, które zostaną poddane operacji transplantacji gałek ocznych będą najprawdopodobniej pacjenci po przeszczepie twarzy. Wielu z nich jest niewidomych, a ponadto i tak zażywają oni spore dawki leków immunosupresyjnych, które ułatwiłyby przyjęcie się kolejnego przeszczepu. W ich przypadku stosunek ryzyka do nagrody jest bardzo niski.

Obecnie powszechnie przeprowadzanymi zabiegami z zakresu chirurgii oka są przeszczepy rogówki i implanty soczewki. Można mieć nadzieję, że jeszcze w tym stuleciu dołączy do nich przeszczep gałki ocznej, obecnie uznawany za ziemię obiecaną okulistyki.