С введением одного гена слепые мыши восстанавливают зрение

С введением одного гена слепые мыши восстанавливают зрение

Это было на удивление просто. Из Калифорнийского университета в Беркли ученые ввели ген рецептора зеленого света в глаза слепых мышей, и месяц спустя они обходили препятствия так же легко, как мыши без проблем со зрением. Они могли видеть движение, изменения яркости в тысячекратном диапазоне и мелкие детали на iPad, достаточные для различения букв.

Исследователи говорят, что всего за три года генную терапию, проводимую с помощью инактивированного вируса, можно было бы испытать на людях, потерявших зрение из-за дегенерации сетчатки, в идеале давая им достаточное зрение для передвижения и потенциально восстанавливая их способности. читать или смотреть видео.

"Вы можете ввести этот вирус в глаз человека, и через пару месяцев он что-то увидит," сказал Эхуд Исакофф, профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли и директор Института неврологии Хелен Уиллс. "При нейродегенеративных заболеваниях сетчатки часто все, что люди пытаются сделать, – это остановить или замедлить дальнейшую дегенерацию. Но то, что восстанавливает изображение за несколько месяцев, – это потрясающая вещь, о которой можно подумать."

Около 170 миллионов человек во всем мире живут с возрастной дегенерацией желтого пятна, которая поражает каждого десятого человека в возрасте старше 55 лет, в то время как 1.7 миллионов человек во всем мире имеют самую распространенную форму наследственной слепоты – пигментный ретинит, который обычно приводит к слепоте к 40 годам.

"У меня есть друзья без восприятия света, и их образ жизни душераздирающий," сказал Джон Фланнери, профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли, который работает на факультете оптометрии. "Они должны учитывать то, что зрячие люди принимают как должное. Например, каждый раз, когда они идут в отель, планировка каждой комнаты немного отличается, и им нужен кто-то, чтобы проводить их по комнате, пока они строят в своей голове трехмерную карту. Предметы повседневного обихода, например низкий журнальный столик, могут быть опасны для падения. Бремя болезней огромно среди людей с тяжелой потерей зрения, приводящей к инвалидности, и они могут быть первыми кандидатами на такую ​​терапию."

В настоящее время возможности для таких пациентов ограничиваются электронным глазным имплантатом, прикрепленным к видеокамере, которая устанавливается на пару очков – неудобная, инвазивная и дорогостоящая установка, которая создает изображение на сетчатке, которое в настоящее время эквивалентно нескольким сотням пиксели. Нормальное четкое зрение включает миллионы пикселей.

Исправить генетический дефект, ответственный за дегенерацию сетчатки, тоже непросто, потому что только за пигментный ретинит отвечает более 250 различных генетических мутаций. Около 90 процентов из них убивают фоторецепторные клетки сетчатки – палочки, чувствительные к тусклому свету, и колбочки для восприятия цвета при дневном свете. Но дегенерация сетчатки обычно не затрагивает другие слои клеток сетчатки, в том числе биполярные и ганглиозные клетки сетчатки, которые могут оставаться здоровыми, хотя и нечувствительными к свету, в течение десятилетий после того, как люди полностью ослепнут.

В своих испытаниях на мышах команде Калифорнийского университета в Беркли удалось сделать 90 процентов ганглиозных клеток светочувствительными.

Исакофф, Фланнери и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли сообщат о своем успехе в статье, опубликованной 15 марта в журнале Nature Communications.

«Вы могли бы сделать это 20 лет назад»

Чтобы обратить вспять слепоту у этих мышей, исследователи разработали вирус, нацеленный на ганглиозные клетки сетчатки, и загрузили его геном светочувствительного рецептора, зеленым (средневолновым) опсином колбочек. В норме этот опсин экспрессируется только фоторецепторными клетками колбочек и делает их чувствительными к зелено-желтому свету. При введении в глаз вирус переносил ген в ганглиозные клетки, которые обычно нечувствительны к свету, и делал их светочувствительными и способными посылать в мозг сигналы, которые интерпретировались как зрение.

"В тех пределах, в которых мы можем тестировать мышей, вы не можете отличить поведение оптогенетически обработанных мышей от нормальных мышей без специального оборудования," Фланнери сказал. "Еще неизвестно, к чему это приводит у пациента."

На мышах исследователи смогли доставить опсины к большинству ганглиозных клеток сетчатки. Чтобы вылечить людей, им потребуется ввести гораздо больше вирусных частиц, потому что человеческий глаз содержит в тысячи раз больше ганглиозных клеток, чем глаз мыши. Но команда Калифорнийского университета в Беркли разработала средства для улучшения доставки вируса и надеется вставить новый датчик света в такой же высокий процент ганглиозных клеток, количество, эквивалентное очень большому количеству пикселей в камере.

Исакофф и Флэннери пришли к простому решению после более чем десятилетнего испытания более сложных схем, включая введение в выжившие клетки сетчатки комбинаций генно-инженерных рецепторов нейротрансмиттеров и светочувствительных химических переключателей. Они работали, но не достигли чувствительности нормального зрения. Опсины от микробов, протестированных в другом месте, также имели более низкую чувствительность, что требовало использования светоусиливающих очков.

Чтобы уловить высокую чувствительность естественного зрения, Исакофф и Фланнери обратились к опсинам световых рецепторов фоторецепторных клеток. Используя аденоассоциированный вирус (AAV), который естественным образом инфицирует ганглиозные клетки, Фланнери и Исакофф успешно доставили ген опсина сетчатки в геном ганглиозных клеток. Ранее слепые мыши приобрели зрение, которое длилось всю жизнь.

"То, что эта система работает, действительно приятно, отчасти потому, что она очень проста," Исаков сказал. "По иронии судьбы, вы могли сделать это 20 лет назад."

Исакофф и Фланнери собирают средства, чтобы в течение трех лет испытать генную терапию на людях. Подобные системы доставки AAV были одобрены FDA для лечения глазных заболеваний у людей с дегенеративными заболеваниями сетчатки, у которых нет медицинской альтернативы.

Это не может работать

Согласно Фланнери и Исакофф, большинство людей, работающих в поле зрения, задаются вопросом, могут ли опсины работать за пределами их специализированных фоторецепторных клеток в виде палочек и колбочек. Поверхность фоторецептора украшена опсинами – родопсином в стержнях и красными, зелеными и синими опсинами в колбочках – которые встроены в сложную молекулярную машину. Молекулярный ретранслятор – сигнальный каскад рецепторов, связанных с G-белками, – усиливает сигнал настолько эффективно, что мы можем обнаруживать отдельные фотоны света. Ферментная система перезаряжает опсин, как только она обнаруживает фотон и становится "обесцвеченный." Регулировка обратной связи адаптирует систему к очень разной яркости фона. А специальный ионный канал генерирует мощный сигнал напряжения. Без трансплантации всей этой системы было разумно подозревать, что опсин не будет работать.

Но Исакофф, специализирующийся на рецепторах нервной системы, связанных с G-белком, знал, что многие из этих частей существуют во всех клетках. Он подозревал, что опсин автоматически подключается к сигнальной системе ганглиозных клеток сетчатки. Вместе они с Фланнери сначала попробовали родопсин, который более чувствителен к свету, чем опсины шишек.

К их радости, когда родопсин был введен в ганглиозные клетки мышей, чьи палочки и колбочки полностью дегенерировали и, следовательно, стали слепыми, животные вновь обрели способность отличать темное от света – даже тусклый свет в комнате. Но родопсин оказался слишком медленным и не смог распознавать изображения и объекты.

Затем они попробовали опсин зеленого конуса, который реагировал в 10 раз быстрее, чем родопсин. Примечательно, что мыши были способны отличать параллельные линии от горизонтальных, линии, расположенные близко друг к другу, по сравнению с широко разнесенными (стандартная задача для оценки остроты зрения человека), движущиеся линии по сравнению с неподвижными линиями. Восстановленное зрение было настолько чувствительным, что iPad можно было использовать для визуальных дисплеев вместо более ярких светодиодов.

"Это убедительно принесло сообщение домой," Исаков сказал. "В конце концов, как было бы чудесно, если бы слепые люди вернули себе способность читать на стандартном мониторе компьютера, общаться по видео, смотреть фильм."

Эти успехи побудили Исакова и Фланнери сделать еще один шаг и выяснить, могут ли животные перемещаться по миру с восстановленным зрением. Поразительно, но и здесь зеленый шишковидный опсин оказался удачным. Слепые мыши восстановили способность выполнять одно из самых естественных действий: распознавать и исследовать трехмерные объекты.

Затем они задали вопрос, "Что было бы, если бы человек с восстановленным зрением вышел на улицу на более яркий свет? Ослепят ли они свет?" Здесь, по словам Исакоффа, проявилась еще одна поразительная особенность системы: путь передачи сигнала опсина зеленого конуса адаптируется. Животные, которые ранее были слепыми, адаптировались к изменению яркости и могли выполнять задание так же хорошо, как и зрячие. Эта адаптация сработала примерно в тысячу раз – разница, по сути, между средним внутренним и наружным освещением.

"Когда все говорят, что это никогда не сработает, и что ты сумасшедший, обычно это означает, что ты что-то замышляешь," Фланнери сказал. В самом деле, это что-то равносильно первому успешному восстановлению структурированного зрения с помощью ЖК-экрана компьютера, первому, кто адаптировался к изменениям окружающего освещения, и первому, кто восстановил зрение естественного объекта.

Команда Калифорнийского университета в Беркли сейчас работает над тестированием вариантов этой темы, которые могут восстановить цветовое зрение и еще больше повысить остроту зрения и адаптацию.

Бурятия Онлайн