Okuliści potrafią dziś z powodzeniem leczyć wiele chorób, ale są praktycznie bezradni w przypadku uszkodzenia nerwu wzrokowego czy utratykomórek siatkówki. Do takich zaburzeń może dojść wskutek urazu oka lub jaskry, na którą tylko w Polsce cierpi ok. 700 tys. osób. Czy można zastąpić zniszczoną gałkę oczną? – Do niedawna przeszczep całego oka był traktowany jak science fiction. Ale dzięki postępom w transplantologii i co ważniejsze – regeneracji nerwów – wreszcie jesteśmy w punkcie, kiedy tego typu operacje możemy zacząć rozważać jako wykonalne – mówi dr Vijay Gorantla z Uniwersytetu w Pittsburghu.
KAWAŁEK MÓZGU
Już w latach 20. XX wieku naukowcy wykazali, że oczy kręgowców można usunąć i przeszczepić z powrotem do oczodołu, nie tracąc przy tym zupełnie ich funkcji biologicznych. Jednak w przypadku chorego człowieka chodzi o to, by mógł on odzyskać wzrok w możliwie szerokim zakresie. A jest to bardzo trudne m.in. z powodu budowy nerwu wzrokowego, który łączy oko z mózgiem. Ma on 4–5 cm długości i zawiera od 770 tys. do 1,7 mln włókien nerwowych. I tak naprawdę nie jest nerwem, takim jak te w naszych rękach czy nogach, lecz częścią mózgu. A to oznacza, że zawarte w nim włókna nerwowe są bardzo delikatne i trudno jest je odtworzyć. – Podczas przeszczepu gałki ocznej trzeba przeciąć nerw wzrokowy, a potem połączyć włókna nerwowe oka dawcy z ośrodkami w mózgu biorcy. To bardzo skomplikowany zabieg, bo wiemy już, że te przecięte włókna nie są w stanie odrosnąć samoistnie – wyjaśnia prof. Jeffrey Goldberg, dyrektor Shiley Eye Center na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Uczeni muszą doprowadzić do tego, by neurony znajdujące się w siatkówce oka wytworzyły nowe kilkucentymetrowe włókna i połączyły się ponownie w z mózgiem.
Na razie naukowcy wykorzystują w tym celu leki eksperymentalne, takie jak FK506 czy 4-AP stosowany u osób cierpiących na stwardnienie rozsiane. Zespół naukowców pod kierownictwem dr Kii Washington z Uniwersytetu Pittsburgh wziął pod lupę geny odpowiedzialne za zdolność regeneracji nerwu wzrokowego, takie jak BAX. Pełni on ważną rolę w procesie apoptozy, czyli programowanej śmierci komórkowej. Gdy wyłączyli ten gen u szczurów, a następnie przeszczepili oko jednego zwierzęcia drugiemu, udało im się odtworzyć nerwy wzrokowe, a narząd działał prawidłowo przez dwa lata. Zwierzęta z wyłączonym genem BAX nie straciły żadnej z uszkodzonych komórek nerwu wzrokowego
– nawet rok po urazie – podczas gdy w normalnych warunkach komórki takie są usuwane z organizmu w ciągu trzech tygodni. – Myślę, że pierwszy przeszczep u człowieka przeprowadzimy najdalej za 10 lat.
Do pokonania jest jeszcze wiele przeszkód – mówi dr Washington. Jej badania sponsoruje m.in. amerykański departament obrony. Nic dziwnego – poważne urazy oka często przytrafiają się żołnierzom, a do transplantacji gałki ocznej kwalifikują się setki tysięcy osób w samych tylko Stanach Zjednoczonych.
ODTWORZYĆ SIATKÓWKĘ
Na szczęście u innych pacjentów uszkodzony nie jest nerw wzrokowy, a jedynie komórki światłoczułe w siatkówce. Zastąpienie ich implantami jest coraz bardziej realne. Zespół
uczonych z Uniwersytetu Oxford stworzył niedawno pierwszą na świecie syntetyczną siatkówkę wykonaną z elementów biologicznych. Ponieważ nie zawiera żadnych części elektronicznych ani obcych komórek, taki przeszczep powinien przyjąć się bez problemu. – Ludzkie oko jest bardzo wrażliwe i błyskawicznie reaguje na ciała obce.
TECHNOLOGIA JAK DZIAŁA SYSTEM ARGUS II – ELEKTRONIKA WSPIERA BIOLOGIĘ
Implant potrafi przywrócić sprawność uszkodzonej siatkówki okaZ Argusa II korzysta ją osoby dotknięte barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki. Obrazy rejestrowane przez kamerę trafiają o elektrod wszczepionych w siatkówkę. Pacjent widzi wówczas świetliste wzory i uczy się, jak za ich pomocą rozróżniać kontury obiektów albo czytać duże litery. Cała procedura wszczepienia implantu i rehabilitacji kosztuje łącznie ok. 150 tys. dolarów.
Dlatego implanty siatkówki mogą prowadzić do stanu zapalnego lub powstawania blizn. My używamy tylko białek wchodzących w skład błony komórkowej i hydrożelu – mówi kierująca badaniami Vanessa Restrepo-Schild. Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Kalifornii pod kierownictwem dr. Amira Kashaniego wykorzystali komórki macierzyste
do „załatania” chorej siatkówki. W ten sposób poprawili ostrość wzroku u czterech osób cierpiących na ciężką postać zwyrodnienia plamki żółtej związaną z wiekiem (AMD). Jedna z poddanych testom kobiet po zabiegu była w stanie odczytać 24 litery podczas standardowego testu widzenia, podczas gdy wcześniej rozróżniała najwyżej siedem. Łatka tkankowa ma wymiary 3 na 3 mm i jest wykonana z komórek oka, które zostały wyhodowane z zarodkowych komórek macierzystych. – Kilku pacjentów wykazało również pewne oznaki poprawy funkcji wzrokowych w siatkówce leżącej nad implantem – mówi dr Kashani. Jego zespół już planuje badania kliniczne na większej grupie z wcześniejszym stadium choroby. Podobny projekt prowadzą uczeni z Londynu.
ELEKTRONICZNE PROTEZY
Implanty biologiczne są, niestety, trudne do wyprodukowania. Tymczasem kompletną ślepotą dotkniętych jest aż 39 mln ludzi na całym świecie. Nic dziwnego, że naukowcy próbują stworzyć bardziej uniwersalne rozwiązania, takie jak bioniczne oczy – implanty elektroniczne, które są w stanie przekazywać dane do mózgu. Na rynku są już dostępne trzy tego typu urządzenia: amerykański Argus II, niemiecka Alpha-AMS i francuski IRIS V2. Najbardziej zaawansowane jest pierwsze z nich. Argus II firmy Second Sight przeznaczony jest dla pacjentów cierpiących na ciężkie barwnikowe zwyrodnienie siatkówki – niszczącą oko chorobę, na którą medycyna nie zna skutecznego lekarstwa. Praca protezy opiera się na zamianie obrazów z miniaturowej kamery wbudowanej w okulary pacjenta na impulsy elektryczne, które są przekazywane do elektrod wszczepionych na powierzchni siatkówki. W ten sposób pobudzane są te jej komórki, które jeszcze nie obumarły.
Pacjent uczy się interpretować to, co przekazuje mu proteza, odzyskując w pewnym stopniu wzrok. Twórcy Argusa II już testują urządzenie zwane Orion, które będzie przekazywać impulsy z kamery nie do siatkówki, ale bezpośrednio do kory wzrokowej w mózgu. Naukowcy z Uniwersytetu Minnesota próbują wydrukować bioniczne oko na drukarce 3D. Pracami kieruje prof. Michael McAlpine, znany m.in. z trójwymiarowego drukowania leczniczych tatuaży ułatwiających gojenie się ran i miękkich robotów. – Nowe drukarki pozwalają nam nadrukować elementy elektroniczne czułe na światło na zakrzywionych powierzchniach, takich jak wnętrze sztucznego oka – tłumaczy uczony. W tym celu jego zespół wykorzystał m.in. tusz do drukarki zawierający cząstki srebra. Z kolei fińscy badacze stworzyli sztuczną tęczówkę – okrągły twór, który kurczy się i rozkurcza, zmieniając średnicę znajdującej się pośrodku „źrenicy”. W niedalekiej przyszłości z takich elementów może zostać zbudowane bioniczne oko, które będzie widziało lepiej niż naturalne
OKULISTYKA PRZESZCZEPY ROGÓWKI – ROGÓWKA DO WYMIANY
Lekarze nie potrafią jeszcze wymienić całego oka, ale u części pacjentów z powodzeniem przeszczepiają rogówkę
Ta przezroczysta struktura znajduje się z przodu gałki ocznej i odpowiada w dużym stopniu za ostrość widzenia. Jednak jej przeszczepy, czyli tzw. keratoplastyka, nie zawsze kończą się sukcesem. Być może niedługo zmieni się to dzięki odkryciu naukowców ze szpitala akademickiego Massachusetts Eye and Ear. Wykazali oni, że u zwierząt szansę na przyjęcie się przeszczepu zwiększa podanie substancji o nazwie wazoaktywny peptyd jelitowy. Wkrótce mają rozpocząć się próby kliniczne z udziałem ludzi. Z kolei
badacze holenderscy wykazali, że pacjentom można pomóc, przeszczepiając nie całą rogówkę, a tylko jedną z jej części – tak zwaną błonę Bowmana. Nie zawiera ona żywych komórek, więc pacjent nie musi brać leków osłabiających odporność, które zapobiegają odrzuceniu przeszczepu. – Ta procedura może uratować wzrok młodym ludziom, którzy nie chcą poddawać się kosztownej i ryzykownej procedurze chirurgicznej – wyjaśnia dr Jack Parker, główny autor badań.