Forskare vill ge synskadade tillbaka synen

Forskare tar till alla metoder i kampen mot grava synfel. Ett bildchip kan ersätta ögats egna ljuskänsliga celler, stamceller odlas till ny näthinna och i framtiden kommer ett nytt öga från en donator kanske kunna ge gravt synskadade helt normal syn.

Forskare tar till alla metoder i kampen mot grava synfel. Ett bildchip kan ersätta ögats egna ljuskänsliga celler, stamceller odlas till ny näthinna och i framtiden kommer ett nytt öga från en donator kanske kunna ge gravt synskadade helt normal syn.

Dr David Nayagam/Bionics Institute, Australia

Det första Rhian Lewis ser är små ljusglimtar som påminner om en stjärnhimmel, men efter några veckors träning har hjärnan lärt sig att tolka intrycken.

Då övergår de i stället till lysande konturer av omgivningarna.

Bilden är svartvit och kornig, men för första gången på drygt fem år kan Rhian Lewis faktiskt se tallrikar och bestick på ett dukat bord och hon klarar även att urskilja visarna på en urtavla.

Ett medfött synfel har gradvis brutit ner de ljuskänsliga nervcellerna i Rhian Lewis näthinna, men den 49-åriga brittiska kvinnan tillhör en liten grupp gravt synskadade som har återfått delar av sin syn efter att ha fått ett elektroniskt bildchip implanterat i näthinnan.

Rhian Lewis har været helt blind i flere år, men efter at have fået en billedchip ind i nethinden, kan hun ogen se, hvad klokken er.

© BBC/PA/Ritzau Scanpix

Chipet, som kallas Alpha AMS, kom ut på marknaden i EU år 2016 och har testats i kliniska försök i Tyskland och i Storbritannien.

Det lilla chipet fungerar som en elektronisk näthinna, så när det har opererats in i ögat behöver den synskadade personen bara aktivera det för att kunna se igen.

Implantatet består av i princip samma sorts elektroniska bildsensor som i en digitalkamera.

Chipet ersätter de ljuskänsliga celler som förstörts i den synskadade personens ögon och sänder information om ljuset till hjärnan via synnerven, så att det skapas en bild i syncentrum.

Många olika ögonsjukdomar kan leda till blindhet. Klumpar i linsen gör exempelvis synen suddig medan brustna blodkärl på näthinnan får dig att se mörka fläckar.

© GARO/PHANIE/SPL & Mark Airs

Brytningsfel ger oskarpt fokus

Vid brytningsfel som närsynthet, långsynthet och ålderssynthet ­fokuseras ljuset inte på näthinnan, ­antingen på grund av ögats form eller för att linsen är oelastisk.

© GARO/PHANIE/SPL & Mark Airs

Diabetespatiener ser mörka fläckar

Ungefär var tredje diabetespatient utvecklar retinopati. Det oreglerade blodsockret skadar näthinnans blodkärl, vilket orsakar bristningar som framträder som mörka fläckar.

©

Övertryck i ögat ger tunnelseende

När ögat inte kan tömmas på ­vätska uppstår ett övertryck som skadar synnerven, vilket gör att synfältet smalnar av. Det kallas ­glaukom och är en vanlig åkomma bland äldre.

© GARO/PHANIE/SPL & Mark Airs

Oklar lins gör synen suddig

Linsen blir oklar när naturliga proteiner i linsen bryts ner och bildar klumpar. Grå starr, som sjukdomen kallas, kan förändra färg­seendet och göra synen suddig, särskilt i svagt ljus

© GARO/PHANIE/SPL & Mark Airs

Förkalkning bryter ner ögats skarpa punkt

De ljuskänsliga cellerna sitter extra tätt i näthinnans gula fläck (makula), där synen är skarpast. Förkalkning kan leda till ärrbildning och ge en fläck (AMD) mitt i
synfältet.

© GARO/PHANIE/SPL & Mark Airs

Stroke får halva synfältet att försvinna

Stroke, det vill säga hjärninfarkt (blodpropp) eller hjärnblödning, kan förstöra delar av ­syncentrum. Då kan den ­drabbade bli helt blind i halva ­synfältet.

Många möjligheter för gravt synskadade

Bildchipet är bara en del av den palett av avancerade behandlingsmöjligheter som läkarna i dag och i framtiden kan erbjuda gravt synskadade personer.

Omkring 85 procent av alla fall av grav synskada kan troligen antingen förebyggas eller behandlas med känd teknik.

Förutom med elektroniska implantat arbetar forskarna med biologiska lösningar.

Exempelvis kan stamceller återuppbygga ögats förstörda vävnad medan virus som förs in i ögat kan programmera om cellerna så att de börjar fungera som de ska igen.

Dessutom, om allt annat misslyckas, kommer läkarna sannolikt en dag i framtiden att kunna byta ut hela det skadade ögat mot ett normalt fungerande öga från en avliden donator.

Det finns uppskattningsvis 314 miljoner gravt synskadade personer.

Orsakerna är ofta sjukdom, fel näring, medfödda genetiska fel eller olyckor. Grav synskada, där personen i fråga inte kan skilja mellan ljus och mörker, förekommer hos omkring 39 miljoner människor, vilket motsvarar 0,5 procent av världens befolkning.

Friskt öga

/ 5

Hornhinnan (ögats yttersta, genomskinliga del) och tårvätskan bryter ljuset så att det riktas mot linsen.

1

Iris anpassar hur mycket ljus som släpps in i ögat genom att justera pupillstorleken

2

Linsen är elastisk. Muskler klämmer ihop den för att fokusera ljusstrålarna i en skarp punkt på näthinnan.

3

Synnerven är ett tjockt knippe av cirka en miljon nervceller som skickar information om synintrycken till syncentrum längst bak i hjärnan.

4

Näthinnan innehåller de ljuskänsliga nervcellerna, de så kallade tapparna och stavarna, som sänder nervsignaler till synnerven när de aktiveras av ljus.

5
© Claus lunau

Gruppen gravt synskadade omfattar även de personer som inte ens med glasögon eller kontaktlinser ser mer än en tiondel så bra som en normalseende person.

Och även om man i övrigt har perfekt syn räknas man som synskadad om ens synfält är mycket begränsat.

En person räknas också som synskadad om ögonen har så nedsatt känslighet för ljus att det krävs ytterst kraftigt ljus för att de ska kunna se, eller om vederbörande inte kan skilja mellan kontraster och grå-toner så att synfältet förlorar sina konturer.

Katarakt (grå starr) ligger bakom cirka hälften av alla fall av grav synskada, trots att sjukdomen kan botas genom att man byter ut ögats lins.

Andra vanliga ögonsjukdomar drabbar näthinnan, och dessa har läkarna hittills inte kunnat behandla.

Det gäller bland annat sjukdomen diabetesretinopati.

Även ärftliga sjukdomar som retinitis pigmentosa kan göra att näthinnans ljuskänsliga celler förstörs. Det är dessa patienter som kan återfå en del av synen med bildchippet Alpha AMS.

Bildchip använder friska celler

Implantatet är en vidareutveckling av en annan elektronisk näthinna, Argus II, som kom ut på marknaden år 2011.

Föregångaren fungerade på så sätt att en videokamera monterad på ett par glasögon filmade omgivningarna och sände bildinformationen till den elektroniska näthinnan och därifrån vidare till hjärnan.

Med hjälp av en kamera och ett chip i näthinnan kan gravt synskadade få en basal syn när de har på sig glasögonen Argus II.

© PHILIPPE PSAILA/SPL

Alpha AMS klarar sig utan kameran eftersom chipet enbart använder ögats egen lins för att aktivera den elektroniska näthinnan.

Bildchipet har också betydligt högre upplösning, 1 600 pixlar (de punkter som skapar bilden), jämfört med endast 60 pixlar i Argus II.

Därmed får den gravt synskadade personen en mycket mer detaljerad bild av omvärlden. Som kronan på verket utnyttjar chipet dessutom de lager av nervceller som fortfarande fungerar.

Näthinnan består av tre lager med olika typer av nervceller. Det innersta lagret, som befinner sig längst bort från ljuset, innehåller de ljuskänsliga celler som kallas tappar och stavar, och det är i detta lager chipet implanteras.

När ljuset träffar de ljuskänsliga cellerna skickar de signaler till det mellersta lagret. Där bearbetas de av en annan typ av nervceller som jämför signaler från närliggande ljuskänsliga celler med varand­ra för att hitta kontraster och på så sätt teckna konturer.

En stor del av synintrycket bildas i detta lager. Endast den allra viktigaste informationen, cirka 0,06 procent, sänds vidare till hjärnan via celler i näthinnans främre lager.

Chipet får ström via en kabel som löper genom ögonloben och längs insidan av kraniet till ett ben bakom örat. Strömmen levereras från ett externt batteri och skickas in genom kraniet med hjälp av magnetisk induktion. Till vänster syns normal syns och och till höger syns syn med chipet.

© Dr D. Nayagam/Bionics Institute, Australia & Claus Lunau

Hos många synskadade personer med skador på näthinnan är de cellager som står för bearbetningen av ljussignalerna fortfarande intakta.

Alpha AMS-chipet använder de fungerande cellerna för att bearbeta signalerna från de ljuskänsliga pixlarna innan de förs vidare till synnerven, precis som signalerna från näthinnans egna tappar och stavar. På så sätt förbättras bildkvaliteten avsevärt.

Ögat ser med elektronisk näthinna

/ 3

Chip placeras i näthinnan

Det ljuskänsliga chipet, som har 40 gånger 40 pixlar, placeras längst bak på näthinnan där den ersätter ljuskänsliga celler som har förstörts av exempelvis sjukdomen retinitis pigmentosa.

1

Chip omvandlar ljusenergi till ström

Chipet omvandlar ljusenergin till ström när ljuset träffar en av de 1 600 pixlarna.

2

Nerver skickar signal till hjärnan

Strömmen aktiverar de nerver i näthinnan som inte har förstörts av sjukdomen. De sänder en signal till hjärnans syncentrum, som skapar en bild av synintrycket.

3
©

Stamceller reparerar näthinnan

Alpha AMS-chipet är visserligen avancerat, men samtidigt primitivt jämfört med en riktig näthinna.

Forskare har därför länge försökt transplantera in en del av en näthinna från en avliden donator i ögat på en person som har förlorat synen till följd av skador på näthinnan.

Hittills har dock inte fungerat.

Det stora problemet har varit att näthinna består av 125 miljoner nervceller som samlas i en miljon nervförbindelser, som utgör själva synnerven.

De många nervförbindelserna från donatorns näthinna kopplas ihop med mottagarens synnerv, och detta är en oöverstiglig uppgift för kirurgerna att utföra.

© Canadian Press/REX/All Over Press

Konstgjord superlins ger ­skärpa på alla avstånd

Med åldern försämras vår syn eftersom ögats lins blir mindre klar och elastisk. Men i framtiden kan vi kanske få en ny, konstgjord lins – Bionic Lens – inopererad i ögat som ger oss supersyn hela livet.

Linsen binder till ögats muskler, men eftersom den är betydligt mer elastisk än vår medfödda lins behöver inte musklerna jobba lika hårt för att fokusera.

Bionic Lens ger inte bara en ungdomlig syn, utan gör också att vi ser skarpt på både längre och kortare håll. En uppgradering av linsen kan till och med göra det möjligt att projicera en skärm direkt in i ögat.

Därför försöker nu läkarna bota defekta näthinnor på ett helt annat sätt.

I stället för att operera in en del av en näthinna från en donator injicerar de stamceller i ögat och låter dem bygga upp den förstörda näthinnan från grunden.

Stamceller har en enastående förmåga att delas och utvecklas till andra, specialiserade celltyper som kroppen behöver.

När stamcellerna förs in i ögat utvecklas de till näthinnans ljuskänsliga stavar och tappar, som på egen hand upprättar förbindelser med nervcellerna i näthinnans två andra lager.

Metoden testades för första gången år 2012 på två patienter som blivit gravt synskadade till följd av makuladegeneration, då näthinnans skarpaste punkt gula fläcken bryts ner.

Steven Schwartz vid University of California, Los Angeles, i USA, odlade så kallade embryonala stamceller i laboratoriet under specifika förhållanden som fick dem att
utvecklas till näthinnans ljuskänsliga celler.

De injicerades sedan bakom näthinnan på de båda patienterna, som under de följande veckorna fick klart bättre syn.

Om problemet uppstår till följd av mer än en enstaka gen eller ett slag kan skadan repareras med stamceller som återuppbygger näthinnans förstörda del.

© Shutterstock

Bindvävsceller får särskild näring

Bindvävsceller från patientens hud tas ut och läggs i en petriskål med en särskild näringslösning.

© Shutterstock

Bindvävsceller omvandlas till stamceller

Cellerna får tillväxtfaktorer, som får dem att omvandlas till särskilda stamceller, så kallade iPSC.

© Shutterstock

Stamceller bildar näthinneceller

Andra ämnen programmerar om stamcellerna så att de bildar ett sammanhängande lager av näthinneceller.

© Shutterstock

Ny näthinna ersätter den gamla

Den nya näthinnedelen sätts in i ögat, där den ersätter den förstörda näthinnan.

Före behandlingen kunde den ena patienten bara ana rörelsen av en hand framför ögonen, men redan en vecka efter det att stamcellerna injicerats i ögat kunde hon se hur många fingrar som visades.

Efter en månad kunde hon läsa bokstäver med stor skrift. På bara några veckor hade stamcellsbehandlingen gjort den synskadade personen delvis seende.

År 2017 vidareutvecklades tekniken av en forskargrupp på RIKEN Center for Developmental Biology i Kobe i Japan, så att stamcellerna nu kan utvinnas ur den synskadade personens egna hudceller och användas för att odla en ny del av näthinnan.

Genterapi är en annan hoppingivande metod för att bota synskada. Denna metod är användbar när synskadan orsakas av en viss gen.

Den defekta genen ersätts då av en frisk gen, som förs in i ögats celler med hjälp av ett virus.

©

Genterapi ersätter defekt gen i ögat

Flera ögonsjukdomar som orsakas av skador på näthinnan kan behandlas med genterapi, som ger ögats celler en frisk version av en defekt gen.

Genen förs in i cellerna med hjälp av ett virus. Virusets egna sjukdomsalstrande gener avlägsnas och den botande ögongenen sätts in.

Patienter med sjukdomen retinitis pigmentosa får exempelvis genen RPE65, som återbildar näthinnans ljuskänsliga celler (stavar och tappar).

År 2017 offentliggjorde ögonläkaren Stephen Russell vid University of Iowa i USA resultaten av ett genterapiförsök på 20 personer med ett medfött fel i genen RPE65, som får näthinnans ljuskänsliga celler att förstöras.

Försöket förbättrade deltagarnas syn så pass mycket att den amerikanska myndigheten FDA i december 2017 godkände den nya behandlingsmetoden, så att den nu kan erbjudas till alla synskadade amerikaner med fel i den aktuella genen.

Hela ögongloben transplanteras

Trots att forskarna har utvecklat en hel palett av elektroniska och biologiska behandlingsmetoder för olika typer av synskada är det fortfarande många synskadade som inte kan få tillbaka synen.

Det gäller exempelvis offer för olyckor där ögat utsätts för stora fysiska skador och patienter med glaukom, där synnerven förstörs.

För dem är det enda hoppet att få ett nytt öga från en avliden donator.

Läkarna använder redan transplantationer från donatorer för att behandla skador på hornhinnan, ögats yttersta del.

Detta effektiva ingrepp utförs 100 000 gånger om året, vilket innebär att det transplanteras nästan lika många hornhinnor som alla andra organ tillsammans.

Språnget till att transplantera ett helt öga är emellertid enormt.

Kirurgen Kia Washington vid University of Pittsburgh i USA, som har transplanterat ögon på försöksdjur, säger att det för närvarande är omöjligt att transplantera enbart ögongloben.

Läkarna måste få med synnerven hela vägen in mellan de båda hjärnhalvorna till det område där höger och vänster ögas synnerver korsas.

Det innebär att man måste ta med en stor del av ansiktet, både ena ögat och örat samt en del av kraniet.

Kirurgen har genomfört det komplicerade ingreppet på 22 råttor, av vilka 15 överlevde.

En av råttorna levde med sitt nya öga i hela två år. Studier visade dock att det inte gick några elektriska nervsignaler från näthinnan och vidare genom synnerven.

I dag kan ett helt öga bara transplanteras tillsammans med halva ansiktet. Hittills har operationen enbart utförts på djur.

© Yang Li et.al./Plastic Surgery Research Council

Kia Washington är dock hoppfull. Hennes forskning stöttas av USA:s försvarsdepartement som hoppas att ögontransplantationer ska kunna rädda synen hos de soldater som råkat ut för olyckor eller explosioner.

Forskaren själv tror att den första helögontransplantationen kan genomföras inom tio år.

Vid det laget kommer de flesta synskadade troligen att kunna återfå en viss del av sin syn genom antingen elektroniska implantat, genterapi, stamceller eller transplantation.