Uus geneetiline teraapia mitte ainult ei aidanud pimedatel hiirtel taastada piisav alt valgustundlikkust, et eristada vilkuvat valgust mittevilkuvatest tuledest, vaid taastas ka valgusreaktsiooni koerte võrkkestale, pannes aluse tulevastele kliinilistele uuringutele inimravi kohta..
Ravi puhul kasutatakse viirust, et sisestada ühise ioonkanali geen võrkkesta tavaliselt pimedatesse rakkudesse, mis jäävad ellu pärast seda, kui valgustundlikud varraste ja koonuste fotoretseptori rakud surevad selliste haiguste tagajärjel nagu pigmentosa retiniit. Fotolülitid – kemikaalid, mis muudavad valgusega kokkupuutel kuju – kinnitatakse seejärel ioonikanalite külge, et need valgusele reageerides avaneksid, aktiveerides võrkkesta rakke ja taastades valgustundlikkuse.
Igas vanuses inimesi vaevav pigmentosa retiniit põhjustab nägemise järkjärgulist kaotust, mis sarnaneb pikslite kadumisega digikaameras. Perifeeriast keskuse poole nägemine kaob, jättes inimestele tavaliselt suutmatuse ümbruskonnas navigeerida. Umbes 100 000 ameeriklast kannatab selle võrkkesta pärilike haiguste rühma all.
Sel nädalal ajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences varases väljaandes ilmuvas artiklis California ülikoolis Berkeleys kirjeldavad fotolülitusravi leiutanud teadlased ja kolleegid Veterinaarmeditsiini koolist. Pennsylvania Ülikool (UPenn) teatas, et pimedad hiired said uuesti võime veelabürindis navigeerida sama hästi kui tavalised hiired.
Ravi toimis võrdselt hästi, et taastada valgusreaktsioon hiirte ja koerte degenereerunud võrkkestale, mis näitab, et pimedate inimeste valgustundlikkuse taastamine võib olla teostatav.
"Koeral on meie omaga väga sarnane võrkkest, palju rohkem kui hiirtel, nii et kui soovite kliinikusse visuaalset teraapiat tuua, soovite esm alt näidata, et see töötab suurel loomamudelil. haigus, "ütles juhtivteadur Ehud Isacoff, UC Berkeley molekulaar- ja rakubioloogia professor."Nüüd oleme näidanud, et suudame fotolülitiga toimetada ja taastada valgusreaktsiooni nii koeral kui ka hiirel pimedale võrkkestale ning et ravil on sama tundlikkus ja reageerimiskiirus. Me saame koera võrkkesta taaselustada."
Eelised teiste geeniteraapiate ees
Ravial on võrreldes teiste praegu uuritavate nägemise taastamise ravimeetoditega mitmeid eeliseid, ütleb nägemisteadlane John Flannery, UC Berkeley nägemisteaduse ning molekulaar- ja rakubioloogia professor. See kasutab viirust, mille Food & Drug Administration on juba heaks kiitnud teiste silma geneetiliste teraapiate jaoks; see edastab ioonkanali geeni, mis sarnaneb tavaliselt inimestel leiduva geeniga, erinev alt teistest, mis kasutavad teiste liikide geene; ja seda saab hõlpsasti ümber pöörata või reguleerida uute keemiliste fotolülititega. Võrkkesta degeneratsiooniga koerad on uue ravi põhiprooviks.
"Meie võime hiirtel nägemist testida on väga-väga piiratud, sest isegi tervena ei ole nad eriti visuaalsed loomad, nende käitumist juhivad suuresti nende muud meeled," ütleb ta."Koertel on väga keerukas nägemissüsteem ja neid kasutatakse juba oftalmoloogilise geeniteraapia testimiseks."
Koerad valiti, kuna neil on pärilik geneetiline haigus, mis on põhjustatud samast geenidefektist nagu mõnedel inimese pigmentosa retiniidiga patsientidel. Mitmeid neist PennVeti koloonias raviti ja praegu tehakse neile katseid, et teha kindlaks, milline on nende valgustundlikkus.
"Näha, et mõned UC Berkeley tulemused selle farmakooptogeneetilise strateegiaga, mis hiirtel nii hästi töötas, suutis meie PennVeti rühmas taastoota hilises staadiumis võrkkesta degeneratsiooniga koerte puhul, oli tõesti põnev," ütles William Beltran. UPenni veterinaarmeditsiini kooli oftalmoloogia dotsent. "Sellise kliiniliselt olulise suure loomamudeli kasutamine võimaldab meil hakata tegelema järgmiste väljakutsetega teel selle uudse ravistrateegia inimpatsientidele ülekandmisel."
Keemia-geneetiline hübriidteraapia
Geneetilised haigused, nagu pigmentosa retiniit, hävitavad silma valgustundlikud rakud, fotoretseptorid, kuid jätavad sageli puutumata ka teised võrkkesta rakud: bipolaarsed rakud, millega fotoretseptorid tavaliselt räägivad, ja ganglionrakud, mis on võrkkesta rakud. väljund ajju. Isacoff, Flannery ja UC Berkeley kolleegid on välja töötanud mitmeid optogeneetilisi tehnikaid valgustundlikkuse taastamiseks ellujäänud võrkkesta rakkudele peale fotoretseptorite. Need hõlmavad adeno-seotud viiruse – levinud ja kahjutu geeniteraapia vektorit või kandjat – kasutamist modifitseeritud geeni edukaks kandmiseks nendesse rakkudesse. Viirus sisestab terapeutilise geeni raku DNA-sse ja kasutab selle juhiseid retseptorvalgu tootmiseks – tavalise glutamaadi retseptori ioonikanali modifitseeritud versiooni –, mida nad oma pinnal kuvavad.
Seejärel süstivad teadlased silma keemilise fotolüliti, "põhimõtteliselt glutamaadi, mis ripub valgustundlikul nööril," ütleb Isacoff, "mis ankurdub modifitseeritud retseptori külge ja topib glutamaadi oma dokkimiskohta. valguse toimel aktiveeritud retseptor." Fotolüliti uusim versioon on piisav alt kiire, et lülitada võrkkesta neuronite aktiivsus sisse ja välja kiirusega, mis läheneb videosagedusele 30 kaadrit sekundis.
Hiirtel suudavad nad geeni eduk alt sisestada peaaegu igasse miljonisse võrkkesta ganglionrakku. Teadlaste sõnul peaks see taastama kasuliku nägemise.
"Nii et meil on mõistlik kiirus ja palju piksleid, nüüd on küsimus: mida saavad ravitud loomad näha? Siiani võime öelda, et ravitud hiired suudavad eristada püsivat valgust ja vilkuvat valgust. Meie järgmine samm on välja selgitada, kui head nad on piltide eristamisel," ütleb Isacoff, kes on 1933. aasta klassi õppetool.
Millised rakud saavad nägemise kingituseks?
Üks võtmeküsimus, millele teadlased soovisid vastata, on see, kas fotolülitid on kõige parem sisestada ganglionrakkudesse või bipolaarsetesse rakkudesse. Viirusi saab panna ühe või teise sihtmärgiks. Kuna ülesvoolu bipolaarsetest rakkudest võrkkesta väljundganglionrakkudesse voolav aktiivsus läbib võrkkesta ahelas palju töötlemist, lootsid teadlased, et sama töötlemine toimub ka siis, kui bipolaarsetele rakkudele antakse uus funktsioon, mida neil kunagi varem polnud, valgustundlikkus.
Vastus näib olevat jah.
"Kui paneme fotolülitusega kanalid bipolaarsetesse rakkudesse ja salvestame ganglionrakkude väljundi, näeme keerulisi mustreid, mis sarnanevad tavalise võrkkesta aktiivsusega võrreldes sisse-välja lülitatud tegevusega. saada, kui paned sama fotolüliti ganglionrakku," ütles Isacoff.
"Koerte käitumine peaks meile näitama, kas süsteemi juhtimisel bipolaarsetest rakkudest ja ganglionrakkudest on funktsionaalne erinevus," ütleb Flannery.
Ta märgib, et pärast fotolülitiga ühekordset "laadimist" toimib teraapia vaid umbes nädala, sest valk ja sellega seotud kemikaal lähevad raku poolt taaskasutusse. Kuigi modifitseeritud retseptoreid asendatakse pidev alt, kuna uus geen jääb DNA-sse igaveseks, tuleb keemiline fotolüliti - maleimiid-asobenseen-glutamaat ehk MAG - uuesti varustada silmamuna süstimise teel. Praegu tähendab see süstimist umbes iga nädal, edaspidi arendatakse aeglaselt vabastavat preparaati harvemini.
"See ei ole tingimata puudus," ütles Isacoff, "sest ravi saab peatada ja proovida uusi valgustundlikke kemikaale, kui neid täiustatakse."
Teadlased jätkavad ravi mõjude uurimist nii hiirtel kui ka koertel, täiustavad fotolülitit ja töötavad välja viise fotolüliti ühendamiseks teiste retseptoritega, sealhulgas selliste retseptoritega, mis võiksid signaali võimendada ja võimaldada nõrgema valguse tajumist. esineb tavaliselt varrastes ja koonustes.
NIH rahastamine annab jätkuv alt
Eksperimendid, analüüsi ja suure osa uuringu ülesehitusest viisid läbi esimesed kaasautorid Benjamin Gaub, magistrant ja Michael Berry, tehnik koos doktorikraadi Michael Keinzleri ja Andreas Reineriga ning tehnik Amy Holt, kõik UC Berkeleyst ning Natalia Dolgova ja Sergei Nikonov Gustavo Aguirre ja William Beltrani laboris UPennist.
Tööd rahastati Riiklike Tervishoiuinstituutide üheksa-aastasest toetusest bioloogiliste funktsioonide optilise kontrolli nanomeditsiini arenduskeskusele (PN2EY018241), samuti NIH toetustest RO1EY06855 ja P30EY001583 ning toetusest USA pimeduse vastu võitlemise fondist.
"NIH rahastamine viis meid keemilise fotolüliti kavandamisest kuni eksperimentaalse teraapiani koertel," ütleb Flannery, märkides UC Berkeley interdistsiplinaarse keemikute, molekulaarbioloogide ja nägemisteadlaste meeskonna olulist rolli..
"Ja selle käigus töötasime välja tööriistu, mida saaks rakendada sünapside ja närviahelate toimimise põhiteaduses, " lisab Isacoff. "Need on kõrvalnähud, millel võib olla kliinikule mõju."
