Dodano: 25 maj 2021r.

Naukowcy częściowo przywrócili wzrok niewidomemu od 40 lat mężczyźnie. Wszystko dzięki nowej terapii

Niewidomy mężczyzna, który kilkadziesiąt lat temu stracił wzrok z powodu neurodegeneracyjnej choroby oczu, częściowo odzyskał możliwość widzenia dzięki pierwszej w swoim rodzaju eksperymentalnej terapii genowej połączonej z optogenetyką i specjalnie zaprojektowanym okularom.

Naukowcy częściowo przywrócili wzrok niewidomemu od 40 lat mężczyźnie. Wszystko dzięki nowej terapii

 

Niewidomy od wielu lat mężczyzna częściowo odzyskał zdolność widzenia dzięki zastosowaniu nowej terapii terapii genowej połączonej z optogenetyką. Używając specjalnych okularów 58-latek potrafi dziś dostrzec kontury małego notatnika czy szklanek zostawionych na stole, a nawet pasów na przejściu dla pieszych. To ogromna poprawa, bo przed terapią mógł jedynie dostrzec obecność światła i odróżnić je od ciemności.

Mężczyzna 40 lat temu usłyszał diagnozę: barwnikowe zwyrodnienie siatkówki (retinitis pigmentosa). To dziedziczna choroba o podłożu genetycznym, która prowadzi do degeneracji światłoczułych fotoreceptorów i w konsekwencji do ślepoty. Schorzenie to dotyka mniej więcej 1 na 4000 osób na całym świecie. Dla tych ludzi i ich rodzin ostatnie postępy w optogenetyce mogą być źródłem nowej nadziei na przywrócenie wzroku - chociaż warto podkreślić, że podejście to jest nadal w fazie eksperymentalnej.

Optogenetyka

- To pierwszy pacjent w historii, który zgłasza jakąkolwiek poprawę dzięki zastosowaniu optogenetyki, terapii, która uczyniła komórki wrażliwymi na światło - powiedział dr Jose-Alain Sahel z Uniwersytetu w Pittsburghu, pierwszy autor publikacji na ten temat, która ukazała się na łamach pisma „Nature Medicine” (DOI: 10.1038/s41591-021-01351-4).

Optogenetyka to szybko rozwijająca się technika stosowana w neurobiologii, która polega na aktywacji bądź tłumieniu aktywności neuronów w mózgu z pomocą impulsów światła. Jednak najpierw trzeba uwrażliwić neurony na światło. Uzyskuje się to poprzez manipulacje genetyczne, a konkretnie poprzez wprowadzenie sekwencji genu kodującego światłoczułe białko. Dopiero po takim zabiegu neurony po wystawieniu na działanie światła o określonej długości fali będą stymulowane.

Optogenetyka stała się szeroko stosowanym narzędziem laboratoryjnym, ponieważ umożliwia precyzyjną kontrolę nad komórkami mózgowymi. Doprowadziła do wielu odkryć, ale dotychczas eksperymenty prowadzone były tylko na zwierzętach. Wszystko dlatego, że technika ta wymaga poważnej ingerencji - wszczepienia implantu do głowy, przez co uważano, że ma ograniczony potencjał medyczny w leczeniu zaburzeń mózgu u ludzi.

Jednak kilka zespołów naukowców próbuje skorzystać z optogenetyki w opracowaniu terapii dla niewidomych. W końcu komórki w oku są wystawione na światło zewnętrzne. Jednym z docelowych schorzeń jest właśnie barwnikowe zwyrodnienie siatkówki.

- Przedstawiamy pierwszy dowód na to, że wstrzyknięcie wektora do terapii genowej z ekspresją czujnika optogenetycznego w połączeniu z noszeniem okularów stymulujących światło może częściowo przywrócić funkcję wzrokową u pacjenta z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, który dotychczas miał jedynie percepcję światła – dodał Sahel.

Białko z glonów

W zdrowej siatkówce fotoreceptory wykrywają światło i wysyłają sygnały elektryczne do komórek zwojowych siatkówki, które następnie przekazują sygnał do mózgu. Nowa terapia całkowicie pomija uszkodzone komórki fotoreceptorowe, dostarczają za pomocą wirusa wrażliwych na światło białek do komórek zwojowych siatkówki, umożliwiając im bezpośrednie wykrywanie obrazów.

W ramach badań PIONEER mężczyźnie wstrzyknięto do jednego oka nieaktywnego wirusa, który niósł ze sobą cenny ładunek – genu kodujące produkcję światłoczułych białek, zaprojektowanych w celu zwiększenia percepcji światła w uszkodzonych komórkach siatkówki mężczyzny. Białko o nazwie ChrimsonR jest zmodyfikowaną wersją wrażliwego na światło białka występującego w jednokomórkowych glonach, które umożliwia im wykrywanie światła słonecznego i przemieszczanie się w jego kierunku.

ChrimsonR należy do rodziny światłoczułych białek zwanych rodopsynami kanałowymi i został zmodyfikowany tak, aby reagował na kolory w obrębie czerwonawego końca spektrum światła, a mianowicie na światło bursztynowe. Poprzez dostarczenie genów ChrimsonR do komórek zwojowych siatkówki, rodzaju komórek nerwowych, które wysyłają sygnały wzrokowe do mózgu - zespół miał nadzieję uwrażliwić je na żółto-pomarańczowe światło.

Specjalne okulary

Terapia ta zakłada noszenie specjalnych gogli elektronicznych, które wychwytują kontrasty światła w otoczeniu, a następnie wyświetlają obraz na siatkówce z dużą intensywnością przy użyciu określonej długości fali żółto-pomarańczowego światła, które uruchamia białko ChrimsonR.

Jak przyznali badacze, po około czterech miesiącach, komórki zwojowe siatkówki zaczęły wytwarzać światłoczułe białka. Niewidomy początkowo nie dostrzegał żadnego efektu, ale stopniowo zaczął zgłaszać, że widzi kształty przedmiotów. 

Okulary analizują zmiany kontrastu i przekształcają je w czasie rzeczywistym w to, co Sahel opisał jako „rozgwieżdżone niebo z kropek w kolorze bursztynu”. Mężczyzna biorący udział w badaniu musiał przez kilka miesięcy trenować z goglami, zanim jego mózg dostosował się do prawidłowej interpretacji świetlistych kropek. - Był jak naukowiec próbujący zrozumieć, co widzi i nadać temu sens - przyznał Sahel.

Częściowe przywrócenie wzroku

W końcu pacjent był w stanie dostrzec obrazy o wysokim kontraście, w tym obiekty na stole i białe pasy na przejściu dla pieszych. Kiedy naukowcy zarejestrowali aktywność jego mózgu, odkryli, że jego kora wzrokowa zareagowała na obraz w taki sam sposób, jak gdyby nigdy nie stracił wzroku.

U 58-latka terapię zapoczątkowano dwa lata temu. W ubiegłym roku zastosowaną ją u kolejnych sześciu osób, ale epidemia COVID-19 opóźniła badania. Pełne wyniki spodziewane są w ciągu około roku, ale już wiadomo, że kilka osób z nowej grupy także częściowo odzyskało zdolność widzenia.

- To duży krok w tej dziedzinie. Najważniejsze jest to, że terapia wydaje się być bezpieczna i trwała, co jest naprawdę zachęcające - przyznał John Flannery, neurobiolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który nie brał udziału w badaniach.

Ponieważ siatkówka zawiera około 100 razy więcej fotoreceptorów niż komórki zwojowe, rozdzielczość obrazów przez nie wykrytych nigdy nie będzie tak dobra, jak naturalne widzenie. Ale postrzeganie konturów obiektów, jak w przypadku 58-latka, jest lepsze niż nie dostrzeganie niczego.

 

Źródło: Science, fot. J.-A. Sahel et al./Nat. Med.