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预见:眼睛移植将不再是科幻

genestory  发布于:2015/3/26  阅读量:4673  来源:science

从当年在宾夕法尼亚州的匹兹堡大学(UCSD)医学研究中心拥有第一个实验室开始,Vijay Gorantla的身影就一直徘徊在一头瞎眼的猪身旁。在手术室无影灯的照射下,他开始进入一场神秘的冒险之旅。

 

他的目的地是眼睛,一个看似优雅,且紧密组合成一束7.5毫米厚的细胞群。因为猪和人在眼组织解剖学上极其相似,整形外科医生 Gorantla仔细地将这种动物的视神经用手术刀一分为二。那么现在问题就来了,他还能帮助它重见光明吗?

 

当人们失去眼睛后,黑暗就会降临。因此,那些患了眼疾或者眼部受损的人,从某种意义上来说,只能在黑暗中摸索。内科医生已经可以移植心脏、肺、面部、手、子宫,甚至腹壁(代指围成腹腔的六壁)。现在,Gorantla医生想让眼睛也成为可移植器官的一种。他和他的同事一直在为此奋斗,这件事情最大的挑战在于——让视神经再生,并将捐献者的眼睛与接受者的大脑连接上。此外,他们还需要做到以下几点:为移植后的眼球四周提供正常的血液流动;控制免疫系统不产生过激反应;保证眼部复杂机制的正常运行以保持眼球湿润、可眨眼,并能够聚焦目光。至今为止,即使是在动物身上,也从来没有成功实现过以上行为。现在,Gorantla只是刚开始进行第一步——去除猪的眼睛后,再重新给它装上。

 

为此,已有不少资金在进行赌博。去年秋天,美国国防部(DOD)已经为三个医学中心提供了近2年共约125万的资金,这里面就包括Gorantla医生所在单位,他们志在研发全眼移植的动物模型。在2013年,美国位于马里兰州贝塞斯达的国立眼科研究所(NEI)就宣布了这项“大胆计划”的赢家,表明这在眼科研究领域属于一项野心勃勃,但可实现的目标。这种“在眼球和视觉系统中再生神经元和神经连接”的目标,可以,并且不仅仅可以,实现眼球移植。对此,NEI的领导者Paul Sieving曾戏谑道,“科幻可以变成现实,难道不是吗?”

 

正如Gorantla医生所说,“如果你不相信一件事情能够成真,那么它永远不会发生。”

 

这句话在1998年时就已经成为Gorantla医生的座右铭,当时他正离开英国曼彻斯特,飞往美国肯塔基州的路易斯维尔。为了赶去进行一个手部移植手术,这场手术最终在6个月后进行,是一场长达15个小时的外科手术,患者37岁,在一场火灾中失去了他的手。

 

手部移植要比以往的器官移植难得多。因为手部包含神经、皮肤、骨头和骨髓,而一个成功的移植必须使得这些部件都能工作。连接移植“新”手与身体其他部分的外周神经必需再生,而这种神经的再生一天往往只能完成1毫米。

 

到了2006年,Gorantla医生跳槽到了匹兹堡大学,为那边建立手部移植手术程序。那时,面部移植刚刚开始,Gorantla一直在考虑如何完成。当时他面对的志愿者大都来自伊拉克战争退伍老兵,他们的面部已被损伤。尽管后来Gorantla医生可以为他们提供一张新面孔,但他们中的很多人已经失去了眼睛,这是他无法修复的。对这些人和其他盲人来说,重新探索这个世界的最好方法只能是借助导盲犬。

 

因此,Gorantla放弃了继续研究面部移植,改为关注视力的重现。在大约五年前,他开始与眼科医生们讨论眼睛移植的话题,但得到的都是这样的答复——“这太疯狂了。”“实现的难度极其大。”其中最困难的部分,就是眼睛的一部分是属于中枢神经系统的,而与面部和手部的外周神经系统不同,中枢神经系统被认为是无法自我修复的。但Gorantla医生执意挑战教条。

 

他开始查阅历史。通过挖掘医疗档案,Gorantla发现了一本带有插图的、来自1885年的手写笔记,当时有一名巴黎眼科医生将一只兔子的眼睛移植入一名小女孩的眼眶。其后还有做其他努力。当然,不幸的是,这些努力都失败了,兔子眼睛立马就遭到了排异。但是,这件事还是给了Gorantla继续研究下去的信心,他认为这说明他并不是完全愚蠢的。

 

超过一百万个视网膜神经节细胞才形成了人眼上的那一层视网膜。每个细胞都有一根被称作轴突的神经纤维延伸至大脑中。这些神经纤维一起,才组装成了视神经。正如NEI的 Sieving所描述的,就像一百万根电话线组成的一根电缆。

 

2011年,《自然》上曾发表了一项研究,是哈佛大学的神经科学研究者 Zhigang He和他的同事完成的,他们破坏了小鼠的视神经,并敲除了小鼠视网膜神经节细胞上的两个基因。这两个基因的失去使得神经感受到了压力,并开始增殖,最终,它们激活了其他细胞,使得至少10%的神经实现了再生。这项结果也被其他实验室重复出来,证实“使小鼠轴突长途再生是可能的”。

 

但这有个问题,再生的神经纤维是否能延伸到正确的位置呢?到了2012年,哈佛大学的另一个神经科学研究者 Larry Benowitz独自研究,为这个结论提供了早期证据,至少是部分证据,那就是——这些轴突到达了大脑内的视觉中枢。初步数据暗示,小鼠的瞳孔对光有反应,揭示它们已经恢复了部分视觉,尽管十分微弱。

 

但是,到底需要多少神经细胞再生才能使得眼睛重现光明,仍然是未知的。据UCSDHuberman说,“大脑十分擅长,在输入部分被剥夺时,仍旧利用其中的大部分”,但是没人知道这个最小数目该是多少。当人工电子耳蜗被用于恢复听觉时,许多科学家们觉得,仅仅16个电极就能使得听力神经工作,是非常令人震惊的。一名在哈佛研究视网膜的神经学家John Dowling说道,“大家一般认为,需要有数千个电极来刺激数千个神经纤维,才能完成(恢复视觉)这件事。”

 

这项关于视神经可以再生的发现燃起了希望,虽然不是关于移植的,眼球移植还很遥远,而且它可能也只适用于部分失明人士。即使眼球移植不会成功,再生研究还是可以帮助很多“副产品”式的研究进行,比如将重生技术用于视网膜假体引起的视力损伤治疗,用于基因治疗,或者用干细胞代替丢失的细胞等等。

 

到了2012年, 进行视神经再生研究的Benowitz Goldberg来到匹兹堡大学进行视觉恢复的讲座。Vijay医生听了这个讲座,之后,我们的外科医生开始接触神经学家,传播他“眼球移植”的想法。

 

接下来的一年,这三位学者开始合作。很快地,他们组织了一个庞大的团队,包括神经学家、外科医生和眼科医生在内。共有九个研究所的科研者加入了这个团队。他们从国防部以及其他基金会和政府部门获取了大量资金,开展了属于他们的“登月计划”。

 

早期构建幻想与现实之间桥梁的人就在离Gorantla不远处的一个实验室内,她就是Kia Washington,是一名年轻的整形外科医生,正在大鼠身上进行眼睛和面部移植。这属于世界上首个恒温动物界的眼睛移植动物模型。Washington的主要关注点是将数十个血管、肌肉纤维和视神经连接起来。这里面很多纤维的直径甚至不到1毫米。为了抑制免疫反应,她采用基因完全相同的大鼠作为器官的供体。

 

Washington表示,“大鼠的眼睛,看起来完全不像已经恢复功能。”当然,她也不奇怪,因为她还没有尝试诱导神经再生。利用先进的光学成像技术,她发现:移植过去的眼球看起来很健康,即使它们实际上是没用的。她表示,“你甚至可以看到血液在眼睛和视网膜周围流动”,并且核磁共振技术也显示,眼睛也能保持它们所需要的湿度。随着研究的进展,Washinton希望可以和神经学家合作,激发视神经的再生。对结果的评估将需要新的成像工具,例如对视网膜细胞实时生长状态的测量。NEI计划在今年春天释放500万基金以激励几项成像技术的研究。

 

大鼠的眼睛太小,无法单独移植,因此Washington选用来自同一个供体的,与眼睛结合的面部组织一起移植。这正是Gorantla所设想的第一例眼睛移植情况:为一个同时失去眼睛和面部组织的病人将面部连同眼睛一起移植。Gorantla表示,“这样的话不会有任何损失”,因为在面部移植手术方案中,本来也要使用免疫抑制剂的。这个团队已经在准备他们的第一篇文章了,要讲的就是Washington的大鼠眼睛移植实验。而且,Washington已经准备在不同基因型受体和供体动物身上再进行实验了,以便研究如何应对免疫系统对移植器官产生的排异反应。

 

对于Gorantla来说,他则在优化其猪模型,并开始超前地思考人类该从什么地方获得眼睛移植供体了。他说,“器官捐献的通用标准一般是脑死亡。但是大部分捐献者会有严重的脑部损伤或头部损伤。” 考虑到这一点,就不得不担心,要用来移植的眼睛,会不会因为大脑受损也有部分视神经损伤。因此,这个团队的其中一个合作者,是来自印度海德拉巴的L V prasad眼科研究所,正在利用特护病房中使用呼吸机的脑死亡个体检测其眼睛功能。此外,Gorantla还在考虑,如何最大程度地保护摘除的眼睛,现在的情况是,人类的视网膜在离体后一般仅仅能存活4个小时。

 

最后,Gorantla表示,“我们有太多不知道了,我们甚至不知道我们是不是还有没有东西不知道。” 当然,在某种程度上,这也是最激励他的一点。


全部评论(4)

  • 1楼
    2015/9/18 19:54:02ascospore

    失明者的福音?

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  • 2楼
    2015/3/27 17:52:49sonngers

    恐怖片都没有这么精彩吧,如果能换头的话,那么是头说了算吗?

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  • 3楼
    2015/3/27 15:57:47genestory

    昨天跟一个眼科老医生聊了下,他说的更恐怖,如果眼睛移植成功了,那么换头也就可以了。

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  • 4楼
    2015/3/27 13:43:43Annie

    【精华】期待,不过这种感觉好诡异,鬼片似乎有了更多题材!

    [0]

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