Прорывная оптогенетическая терапия способствует частичному восстановлению зрительной функции у лиц с полным или частичным нарушением зрения.
Используя светочувствительный белок, содержащийся в светящихся водорослях, ученые показали, как зрение может быть частично восстановлено у пациента, страдающего обычной потерей зрения
Прорыв в регенеративной медицине
Крупный прорыв в области регенеративной медицины привел к частичному восстановлению зрения слепого пациента с использованием новой техники, известной как оптогенетика. В этом методе ученые вводят гены, кодирующие светочувствительные белки, найденные в зеленых водорослях, прямо в глаз пациента. Это первый успешный случай клинического применения данной технологии за десятилетия, которая позволила пациенту вновь видеть и узнавать объекты.
Некоторые клетки в нашем организме содержат особые белки, которые делают их чувствительными к свету. Ученые используют эту особенность, чтобы контролировать поведение этих клеток, воздействуя на них светом. Оптогенетика предполагает введение генов в обычные клетки для придания им светочувствительности. Путем стимуляции этих модифицированных клеток, исследователи надеются создать методы лечения различных заболеваний, включая паралич и облегчение боли.
Перспективы борьбы с заболеваниями приводящими к потере зрения
Однако, одной из самых перспективных областей применения этой технологии является борьба с прогрессирующими заболеваниями, приводящими к потере зрения, такими как пигментный ретинит. Это заболевание постепенно разрушает светочувствительные фоторецепторные клетки на сетчатке глаза, в результате чего человек теряет зрение.
Использование оптогенетики для имплантации светочувствительных белков в сетчатку уже давно рассматривается как способ устранения этого ухудшения, и мы увидели многообещающие ранние результаты в экспериментах на мышах и эмбриональных цыплятах.
Но такого рода результаты никогда ранее не наблюдались у людей. В целях изменения данной ситуации, группа международных исследователей выполнила инновационное исследование с участием парижанина, который задолго до этого, 40 лет назад, был диагностирован с пигментным ретинитом. Ученые внесли гены, которые кодируют светочувствительный протеин channelrhodopsin protein ChrimsonR, содержащийся в светящихся водорослях, в слабейший глаз пациента. Этот белок взаимодействует со светом, меняя свою форму и способствуя проникновению ионов в клетки и их извлечению из них.
Это заставило специфические нейроны в сетчатке слабого глаза вырабатывать белок ChrimsonR, эффективно превращая их в новые светочувствительные клетки. Команда нацелилась на ганглиозные клетки из-за той роли, которую они играют в сборе световых сигналов от фоторецепторных клеток и передаче их к зрительным нервам в головном мозге, где они преобразуются в зрение.
Оптогенетический подход оказался эффективным способом борьбы с потерей зрения за счет полного устранения поврежденных фоторецепторных клеток. Вместо этого модифицированным ганглиозным клеткам было поручено непосредственно улавливать световые сигналы от объектов, но только с помощью некоторого внешнего оборудования система смогла функционировать должным образом.
Специально изготовленные очки, оснащенные камерой, использовались для записи окружающей среды и передачи световых импульсов непосредственно на сетчатку с помощью нового набора светочувствительных клеток. Очки сделали это таким образом, что изображение преобразуется в одну длину волны света в более безопасном янтарном спектре, что заставляет белки ChrimsonR изменять форму, открывать ионные каналы и обнаруживать и передавать световые сигналы в мозг.
Ученые подождали четыре месяца после инъекции, пока белки закрепятся, прежде чем приступить к визуальному обучению. Но через семь месяцев после начала этого тренинга пациент смог находить, идентифицировать и даже считать объекты, используя свое частично восстановленное зрение.
“Привыкание к использованию очков требует времени”, — говорит первый автор исследования Хосе-Ален Сахель, заведующий кафедрой офтальмологии Питтсбургского университета. “Поначалу пациент не находил очки очень полезными, но через несколько месяцев он начал видеть белые полосы на пешеходном переходе и после нескольких тренировок смог распознавать другие объекты, большие и маленькие”.
Полученные результаты представляют собой первый в истории случай использования оптогенетики для частичного восстановления зрения или даже частичного выздоровления от любого нейродегенеративного заболевания. Сфера применения этой технологии выходит далеко за рамки слепоты, и ученые надеются однажды использовать оптогенетику для лечения таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона и депрессия. Но на данный момент эти многообещающие результаты делают лечение пигментного ретинита особенно перспективным в ближайшей перспективе.
“Пигментный ретинит является одной из наиболее распространенных причин слепоты у молодых людей и возникает в результате потери светочувствительных фоторецепторных клеток сетчатки в задней части глаза», — говорит Роберт Макларен, профессор офтальмологии Оксфордского университета, который не принимал участия в исследовании. «В этом исследовании исследователи использовали генную терапию для перепрограммирования других клеток сетчатки, чтобы сделать их светочувствительными и тем самым восстановить некоторую степень зрения. Это важная веха, и, несомненно, дальнейшие усовершенствования сделают оптогенетическую терапию жизнеспособным вариантом для многих пациентов в будущем”.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Medicine.
Источник: Университет Питтсбурга