Оптогенетический метод частично восстанавливает зрение у людей с пигментным ретинитом

Международная группа исследователей под руководством специалистов из Медицинской школы Питтсбургского университета показала, что оптогенетический метод в сочетании со специально разработанным устройством для зрительной стимуляции позволяет улучшить зрительную функцию у пациентов с пигментным ретинитом. Исследование поддерживала компания GenSight Biologics.

Пигментный ретинит (ПР), при котором разрушаются светочувствительные клетки сетчатки, поражает более 1,5 млн человек во всем мире. Сначала у человека ухудшается темновое зрение, потом периферическое, в итоге возможно серьезное ухудшение зрение или слепота.

«Пигментный ретинит может быть результатом мутации в любом из более чем 100 различных генов, — говорит первый автор статьи Хосе-Ален Сахель. — Разработка отдельного метода лечения для каждой генетической причины пигментного ретинита оказывается чрезвычайно сложной и дорогостоящей задачей. Хотя мы продолжаем работать над коррекцией специфических генетических дефектов, наша цель — разработать способ восстановления зрительной функции независимо от того, какой ген вызвал заболевание».

Методы оптогенетики широко применяются в экспериментальной биологии: генетическая модификация клеток, после которой они начинают производить светочувствительные белки. В результате, например, появляется возможность активировать геномодифицированный нейрон, подведя к нему свет. В данной работе оптогетенический подход был использован в терапевтических целях.

Ген белка ChrimsonR, модифицированного для лучшей мембранной локализации, был доставлен в выжившие ганглиозные клетки сетчатки (нейроны, в норме, как правило, не обладающие светочувствительностью) в векторе на основе аденоассоциированного вируса (серотип AAV2.7m8). Для этого потребовалась однократная инъекция в стекловидное тело глаза. Каналородопсин ChrimsonR — светочувствительный катионный канал с пиком активации около 590 нм (янтарный свет). Модифицированные клетки воспринимают зрительные сигналы от специального устройства — очков со встроенной камерой, которая передает визуальную информацию на портативный процессор. Процессор, в свою очередь, преобразует информацию в световые паттерны, в проектор внутри очков направляет их на сетчатку. Длина волны света подобрана таким образом, чтобы активировать ChrimsonR в модифицированных клетках.

 В центре — очки со встроенной камерой, которая передает визуальную информацию на процессор (вверху слева), преобразующий ее в световые паттерны. Проектор внутри очков (внизу слева) проецирует в глаз эти паттерны, активирующие ChrimsonR в модифицированных клетках сетчатки. Credit: Dr. Chloé Pagot, Ph.D., Streetlab, Paris | Пресс-релиз  

Статья о первом пациенте, который получил такое лечение, была опубликованной в журнале Nature Medicine в 2021 году: у слепого человека частично восстановилась зрительная функция. Это было также первое в истории клиническое применение оптогенетики.

Экспериментальное лечение получили 10 человек, фактически слепых (незначительным остаточным зрением или полным его отсутствием). Большинство побочных эффектов со стороны глаз были легкими или умеренными, такими как временное воспаление или повышение внутриглазного давления. После лечения у семи из десяти участников улучшилась светочувствительность, у шести улучшение было клинически значимым. Лечение не вернуло полноценное зрение, например, способность читать или распознавать лица. Однако некоторые участники в очках-проекторах стали лучше определять наличие объекта и его местоположение, находить дверной проем. Более продолжительные тренировки в очках улучшали их результаты. (На момент сбора данных самым длительным периодом наблюдения было 5 лет.)    

 Участник находит блокнот. Credit: Dr. Chloé Pagot, Ph.D., Streetlab, Paris | Пресс-релиз

С помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) исследователи подтвердили, что сигналы от сетчатки достигают зрительной коры и обрабатываются в ней. Четыре участника продемонстрировали устойчивые улучшения в выполнении множества реальных визуальных задач на протяжении нескольких месяцев и лет тестирования.

«Этот подход также может помочь пациентам с другими заболеваниями, приводящими к слепоте, при которых светочувствительные клетки глаза утрачены, но другие клетки сетчатки — особенно ганглиозные клетки — остаются жизнеспособными. У многих из этих пациентов в настоящее время мало или совсем нет вариантов лечения». — сказал Сахель. Можно предположить, что в будущем оптогенетические методы станут еще более эффективными.

Команда разрабатывает и другие стратегии восстановления зрения при тяжелых нарушениях функции сетчатки. В прошлом году Сахель был ведущим автором статьи в NEJM, описывающей восстановление зрения у пациентов с терминальной стадией возрастной макулярной дегенерации. Там также использовались очки-проектор, но свет проецировался на фотоэлектрический имплант в сетчатке. Эта технология под названием PRIMA уже разрешена к клиническому применению во многих европейских странах.

В августе Хосе-Ален Сахель и его давний соавтор, доктор медицинских наук Ботонд Роска из Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля получили премию Антонио Шампалимо за вклад в исследования по восстановлению зрения – крупнейшую награду в этой области.

Оптогенетика: от хламидомонады до управления мозгом крысы