Biotechnisches Hornhauttransplantationsverfahren verbessert das Sehvermögen bei Patienten mit schweren Schäden und minimalem Sehvermögen

Biotechnisches Hornhauttransplantationsverfahren verbessert das Sehvermögen bei Patienten mit schweren Schäden und minimalem Sehvermögen
Biotechnisches Hornhauttransplantationsverfahren verbessert das Sehvermögen bei Patienten mit schweren Schäden und minimalem Sehvermögen
Anonim

(SACRAMENTO, KALIFORNIEN) – Wissenschaftler der UC Davis haben bei 10 von 14 Patienten, die an schweren Hornhautschäden litten, das Sehvermögen wiederhergestellt oder verbessert, indem sie eine neue Technik verwendeten, bei der Ersatz-Hornhautgewebe in einer Laborschale gezüchtet wird. Die Hornhaut ist die transparente äußere Hülle des Auges, die Iris und Pupille bedeckt.

Vor der Behandlung im UC Davis Medical Center hatten alle Patienten Schäden an ihrer Augenoberfläche, viele davon mit schlechtem Sehvermögen, und Standardbehandlungen, einschließlich herkömmlicher Hornhauttransplantationen, waren fehlgeschlagen.Nach der neuen Behandlung erlangten 10 der Patienten einen Teil oder den größten Teil ihres Sehvermögens zurück.

Nur zwei weitere biotechnologisch hergestellte Gewebeersatzprodukte sind derzeit im Handel erhältlich: Biotechnologisch hergestellte Haut wird häufig zur Behandlung von Verbrennungen und chronischen Hautwunden eingesetzt, und biotechnologisch hergestellter Knorpel wird zunehmend zur Behandlung bestimmter Knieverletzungen eingesetzt. Forscher der UC Davis glauben, dass biotechnologisch hergestellte Hornhaut die dritte verfügbare Art von biotechnologisch hergestelltem Ersatzgewebe für Menschen werden könnte.

"Wir haben etwas über Haut gelernt und dieses Wissen dann genutzt, um biologischen Hautersatz für Brandopfer zu entwickeln", sagt Dr. R. Rivkah Isseroff, Professor für Dermatologie an der UC Davis School of Medicine and Medical Center. „Jetzt haben wir dieses Wissen auf das Auge übertragen. In Zukunft hoffen wir, es auf die Lunge, den Magen-Darm-Trakt, die Blase und andere Epithelgewebe im ganzen Körper übertragen zu können.“

Dr. Isseroff, der ein Labor leitet, das Hautersatz entwickelt, und Dr.Ivan R. Schwab, ein Professor für Augenheilkunde, der sich auf Erkrankungen der Hornhaut spezialisiert hat, verbrachte 10 Jahre damit, die neue Technik zu perfektionieren. Sie berichten über ihr Verfahren in der Juli-Ausgabe der Zeitschrift Cornea.

Letztendlich sagt Dr. Schwab, dass Gewebeingenieure in der Lage sein könnten, leicht erhältliche Hornhautersatzprodukte "von der Stange" herzustellen, die bei schweren Schäden an der Hornhaut leicht transplantiert werden können: "Dies ist einzigartig und wichtig Schritt in Richtung dieses Ziels", sagt er.

James Beebe, 78, ein pensionierter Wertpapierhändler, der in Brookings, Oregon, lebt, begann vor einem Jahrzehnt aufgrund einer seltenen Reaktion auf die medizinischen Augentropfen, die er zur Kontrolle seines Glaukoms verwendete, sein Augenlicht zu verlieren. Die Reaktion vernarbte seine Hornhaut stark, so dass er weder Auto fahren noch einen Computerbildschirm sehen konnte. Er konnte nur mit Hilfe einer großen Lupe lesen und Gesichter nur aus der Nähe erkennen. Er konsultierte Augenärzte im ganzen Land, aber keiner konnte helfen.

"Vorher war ich praktisch arbeitsunfähig", sagt Beebe, der schließlich im August 1998 im UC Davis Medical Center eine biotechnologisch hergestellte Hornhautgewebetransplantation in sein rechtes Auge erhielt. Der zweistündige Eingriff wurde unter Vollnarkose durchgeführt.

Heute ist Beebes Sehvermögen auf seinem rechten Auge mit einer Kontaktlinse 20/40, was es ihm ermöglicht, wieder Auto zu fahren, zu lesen und seinen Computer zu benutzen, um freiberufliche Artikel für Zeitschriften und Zeitungen zu schreiben.

George Norman, 69, verlor den größten Teil seines Sehvermögens bei einem Chemieunfall im Jahr 1973, bei dem ihm Ammoniak in beide Augen spritzte. In den nächsten zwei Jahrzehnten unterzog sich Norman sechs Hornhauttransplantationen, die alle erfolglos blieben. „Ich sah alles wie durch einen dunklen, wolkigen Nebel“, sagt der Großvater aus Colusa, Kalifornien. "Alles, was ich sah, war bräunlich."

Letzten Herbst erhielt Norman eine weitere Hornhauttransplantation in seinem linken Auge, diesmal ergänzt durch Hornhautstammzellen, die von seinem Sohn Robert, 38, gespendet wurden.Obwohl Norman immer noch nicht gut genug sieht, um Auto zu fahren, sieht sein linkes Auge jetzt besser als seit fast 30 Jahren. „Alles ist wieder hell“, sagt er. "Mehr Leute müssen über dieses Verfahren Bescheid wissen."

Sohn Robert, der im nahe gelegenen Sutter lebt, war in seinen frühen Teenagerjahren, als sein Vater sein Augenlicht verlor. „Es war hart, ihm dabei zuzusehen, wie er all die Jahre mit Flecken über seinen Augen kämpfte“, sagt Robert, der auf beiden Augen ein Sehvermögen von 20/20 hat. „Ich hätte alles getan, um ihm zu helfen. Anfangs war er total dagegen – er wollte nicht, dass jemand anderes ihn aus den Augen verliert. Aber ich war voll und ganz dafür.“

Das Spenden der Zellen war schmerzlos und beeinträchtigte seine 20/20-Sehkraft nicht, sagt der jüngere Norman, der für das Straßenbauamt von Colusa County arbeitet. „Es hat fünf Minuten gedauert. Ich war wach und habe alles mit meinem anderen Auge beobachtet.

Forscher an mehreren anderen Zentren auf der ganzen Welt erforschen ebenfalls Methoden zur Herstellung von biotechnologisch hergestelltem Gewebe zur Reparatur beschädigter Hornhautoberflächen, aber bisher hat nur eine andere Gruppe Erfolge bei der Behandlung von Menschen gemeldet.Diese Gruppe aus Taiwan berichtet in der Ausgabe vom 13. Juli des New England Journal of Medicine über ihre Ergebnisse. Dr. Isseroff und Schwab sind Autoren eines Leitartikels, der den Artikel begleitet.

In der von Drs. Isseroff und Schwab werden zunächst einige Hornhautstammzellen aus einer gesunden Hornhaut entnommen. Wenn ein Patient eine gute Hornhaut hat, werden die Stammzellen aus dieser Hornhaut entfernt. Wenn beide Hornhäute eines Patienten beschädigt sind, werden Stammzellen aus der Hornhaut eines verwandten Spenders entnommen.

Hornhautstammzellen sind die "Mutterzellen" der Hornhaut; Sie liegen tief in einem geschützten Bereich neben der Hornhaut und bringen kontinuierlich neue Hornhautzellen hervor, um alternde Hornhautzellen zu ersetzen und Hornhautverletzungen zu reparieren. (Anmerkung: Hornhautstammzellen unterscheiden sich von fötalen Stammzellen. Fötale Stammzellen besitzen die einzigartige Fähigkeit, sich zu jedem Gewebe im Körper zu entwickeln. Hornhautstammzellen können dagegen nur Hornhautzellen produzieren).

Schwere Verletzungen der Hornhaut, wie eine chemische, Feuer- oder Strahlenverbrennung, können Hornhautstammzellen zerstören.Dasselbe gilt für bestimmte Krankheiten, die das Auge betreffen, darunter einige Tumore und eine Handvoll seltener Erkrankungen wie Pemphigoid, eine Autoimmunerkrankung, und das Stevens-Johnson-Syndrom, das aus einer schweren allergischen Reaktion resultiert. Ohne ihre Stammzellen verliert die Hornhaut ihre Fähigkeit, sich selbst zu reparieren, und kann vernarbt und undurchsichtig werden, was zu Blindheit führt.

Herkömmliche Hornhauttransplantation, bei der eine oberflächliche Schicht Spenderhornhaut über eine beschädigte Hornhaut gelegt wird, überträgt in diesen Fällen nicht genügend Stammzellen.

Bei der UC Davis-Technik werden die geernteten Hornhautstammzellen auf mehrere Laborschalen verteilt. In den Schalen produzieren die Stammzellen einen zerbrechlichen Film aus Hornhautzellen, der nur eine Zelle dick ist. Wissenschaftler übertragen die Hornhautzellen, einschließlich der überlebenden Stammzellen, auf die Oberfläche einer Matrix aus steriler Amnionmembran.

Einige Zellen aus den anderen Schalen werden eingefroren und für eine mögliche spätere Verwendung aufbewahrt.

Auf der Matrix wachsen die Hornhautzellen zu einer 5 bis 10 Zellen dicken Schicht heran und bilden ein stabiles Verbundgewebe, das die Elastizität und Widerstandsfähigkeit der Amnionmembran mit den biologischen Eigenschaften des Hornhautgewebes kombiniert. Dieses biotechnologisch hergestellte Verbundgewebe wird dann auf das Auge des Patienten genäht, nachdem das anormale Hornhautgewebe entfernt wurde.

Amnionmembranen werden seit vielen Jahren in der Gewebezüchtung und Hornhautreparatur eingesetzt. Die Membranen, die nach der Geburt von Müttern gespendet werden, stellen eine ideale Matrix dar, da sie beim Empfänger keine Immunreaktion auslösen.

Die taiwanesische Gruppe verwendet einen etwas anderen Ansatz als die an der UC Davis entwickelte Technik. Die taiwanesische Gruppe Seeds sammelte Hornhautstammzellen direkt auf einer Amnionmembran, anstatt zuerst die Hornhautzellen in Laborschalen zu erweitern. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die taiwanesische Gruppe ihre Technik bisher nur bei Patienten mit einer gesunden Hornhaut angewendet hat; Die Gruppe hat noch keine Zellen ausprobiert, die von verwandten Spendern geerntet wurden.

"Ein potenzieller Vorteil unseres Ansatzes besteht darin, dass wir Zellen zur späteren Verwendung im Gefrierschrank aufbewahren können, sodass wir den Patienten nicht behandeln müssen, wenn eine Transplantation fehlschlägt oder wenn wir das andere Auge behandeln möchten oder einem verwandten Spender zu einem wiederholten Verfahren, um zusätzliche Stammzellen zu gewinnen ", sagt Dr. Schwab.

Von den 14 Patienten, die an der UC Davis behandelt wurden, erhielten vier eine Transplantation aus zusammengesetztem Gewebe, das aus Hornhautzellen gewachsen war, die von einem Geschwister oder Kind gespendet wurden, darunter Beebe, deren Schwester Zellen spendete. Bei allen vier dieser Patienten wurde das Sehvermögen verbessert oder wiederhergestellt, und bei keinem der Spender traten Komplikationen auf.

Die anderen 10 UC-Davis-Patienten, die jeweils eine gesunde Hornhaut hatten, erhielten Transplantationen von zusammengesetztem Gewebe, das aus Hornhaut-Stammzellen gezüchtet wurde, die ihrem gesunden Auge entnommen wurden. Von diesen 10 Patienten hatten sechs ein erfolgreiches Ergebnis.

Die Stammzellen werden durch Hornhautbiopsie in einem schnellen, schmerzlosen Verfahren gewonnen, das ein minimales Risiko für das Spenderauge darstellt.

Dr. Schwab betonte, dass die Transplantate noch in der Erprobungsphase bleiben und vorerst nur für Patienten mit Hornhautproblemen geeignet sind, die auf konventionellere Therapien nicht angesprochen haben. Es muss mehr über den langfristigen Erfolg und die Risiken der Transplantation bekannt sein, bevor das Verfahren als Erstlinienbehandlung in Betracht gezogen werden kann, sagt er.

Die Zahl der Patienten, die in diesem Land von einer Hornhautstammzelltransplantation profitieren könnten, ist relativ gering. Nur wenige tausend Menschen in den Vereinigten Staaten erleiden jedes Jahr Krankheiten oder Verletzungen, die verheerende Hornhautschäden verursachen, die zu Sehverlust führen. Die Zahlen sind jedoch viel größer in Entwicklungsländern, wo Infektionskrankheiten des Auges weit verbreitet sind.

Aber die Technik könnte spannende Anwendungen außerhalb der Augenheilkunde haben. Hornhautgewebe ist wie die Haut ein Beispiel für Epithelgewebe oder Epithel. Tatsächlich sind mehr als 60 Prozent der Zelltypen im menschlichen Körper Epithelzellen.

"Wir haben etwas über Haut gelernt und dieses Wissen genutzt, um biologischen Hautersatz für Verbrennungsopfer herzustellen", sagt Dr. Isseroff. „Jetzt haben wir dieses Wissen auf das Auge übertragen. In Zukunft hoffen wir, dieses Wissen auf die Lunge, den Magen-Darm-Trakt, die Blase und andere Epithelgewebe im ganzen Körper übertragen zu können.“

"Das wirklich Aufregende ist, wohin uns das führen kann", stimmte Dr. Schwab zu. "Der Ersatz von erkrankten Geweben und Organen durch biotechnologisch hergestelltes Gewebe bewegt sich schnell aus dem Bereich der Science-Fiction in die Realität."

Die Forschung zu Stammzellen-Hornhauttransplantationen wurde vom UC Davis He alth System finanziert.

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