В понедельник группа ученых объявила, что они частично восстановили зрение слепого, построив улавливающие свет белки в одном из его глаз. Их отчет , опубликованный в журнале Nature Medicine, является первым опубликованным исследованием, описывающим успешное использование этого лечения.
«Впервые увидеть, что это сработало, пусть даже только на одном пациенте и на один глаз, — это захватывающе», — сказал Эхуд Исакофф, нейробиолог из Калифорнийского университета в Беркли, который не принимал участия в исследовании.
Процедура далека от полного обзора. Добровольцу, 58-летнему мужчине, который живет во Франции, пришлось носить специальные очки, которые давали ему призрачное восприятие объектов в узком поле зрения. Но авторы отчета говорят, что это испытание — результат 13 лет работы — является доказательством концепции более эффективных методов лечения в будущем.
В эксперименте 58-летний доброволец с генетической формой слепоты смог определить положение двух чашек.
«Очевидно, что это не конец пути, но это важная веха», — сказал доктор Хосе-Ален Сахель, офтальмолог, который делит свое время между Питтсбургским университетом и Сорбонной в Париже.
Доктор Сахель и другие ученые десятилетиями пытались найти лекарство от наследственных форм слепоты. Эти генетические нарушения лишают глаза незаменимых белков, необходимых для зрения.
Когда свет попадает в глаз, он улавливается так называемыми фоторецепторными клетками. Затем фоторецепторы отправляют электрический сигнал своим соседям, называемым ганглиозными клетками, которые могут идентифицировать важные особенности, такие как движение. Затем они посылают собственные сигналы в зрительный нерв, который доставляет информацию в мозг.
В предыдущих исследованиях исследователи смогли вылечить генетическую форму слепоты, называемую врожденным амаврозом Лебера , путем исправления дефектного гена, который в противном случае привел бы к постепенной дегенерации фоторецепторов.
Но другие формы слепоты нельзя лечить так просто, потому что их жертвы полностью теряют свои фоторецепторы. «Когда клетки мертвы, вы не сможете исправить дефект гена», — сказал доктор Сахель.
В отношении этих заболеваний доктор Сахель и другие исследователи экспериментировали с более радикальным методом лечения. Они используют генную терапию, чтобы превратить ганглиозные клетки в новые фоторецепторные клетки, хотя обычно они не улавливают свет.
Ученые используют протеины, полученные из водорослей и других микробов, которые могут сделать любую нервную клетку чувствительной к свету.
В начале 2000-х нейробиологи придумали, как внедрить некоторые из этих белков в клетки мозга мышей и других лабораторных животных, введя вирусы, несущие их гены. Вирусы инфицировали определенные типы клеток мозга, которые затем использовали новый ген для создания светочувствительных каналов.
Первоначально исследователи разработали этот метод, называемый оптогенетикой , как способ исследовать работу мозга. Вставив крошечный свет в мозг животного, они могли включать или выключать определенный тип клеток мозга одним щелчком переключателя. Этот метод позволил им обнаружить схему, лежащую в основе многих типов поведения.
Доктор Сахель и другие исследователи задались вопросом, могут ли они использовать оптогенетику для добавления светочувствительных белков в клетки сетчатки. В конце концов, рассуждали они, клетки сетчатки — это тоже нервы, иными словами, продолжение мозга.
Для Эда Бойдена, нейробиолога из Массачусетского технологического института, который помогал пионером в области оптогенетики, стремление использовать эти белки для лечения слепоты застало его врасплох. «До сих пор я думал об оптогенетике как об инструменте в первую очередь для ученых, поскольку ее используют тысячи людей для изучения мозга», — сказал он. «Но если оптогенетика проявит себя в клинике, это будет очень интересно».
Доктор Сахель и его коллеги признали, что оптогенетические белки, созданные доктором Бойденом и другими, были недостаточно чувствительны, чтобы создавать изображение от обычного света, попадающего в глаз. Но ученые не могли направить усиленный свет в глаз, потому что блики разрушили бы нежную ткань сетчатки.
Поэтому ученые выбрали оптогенетический белок, который чувствителен только к янтарному свету, который легче для глаз, чем другие цвета, и использовали вирусы для доставки этих янтарных белков к ганглиозным клеткам сетчатки.
Схема эксперимента, когда добровольца просили сказать, стоит ли чашка на белом столе.
Во время теста одновременно регистрировались поведенческие реакции и активность мозга.
Схема эксперимента, когда добровольца просили сказать, стоит ли чашка на белом столе. Во время теста одновременно регистрировались поведенческие реакции и активность мозга.
Затем исследователи изобрели специальное устройство для преобразования визуальной информации из внешнего мира в янтарный свет, который можно было распознать ганглиозными клетками. Они создали очки, которые сканируют свое поле зрения тысячи раз в секунду и регистрируют любые пиксели, в которых изменяется свет. Затем очки посылают импульс янтарного света из этого пикселя в глаз.
Исследователи предположили, что эта стратегия может создавать изображения в мозгу. Наши глаза естественно бегают крошечными движениями много раз в секунду. С каждым прыжком многие пиксели меняли уровень освещенности.
Тем не менее, оставался открытым вопрос, смогут ли слепые люди научиться использовать эту информацию для распознавания объектов. «Мозг должен выучить новый язык», — сказал Ботонд Роска, офтальмолог Базельского университета и соавтор нового исследования.
После тестирования своей генной терапии и защитных очков на обезьянах доктор Роска, доктор Сахель и их коллеги были готовы опробовать их на людях. Их план состоял в том, чтобы ввести вирусы, несущие ген, в один глаз каждого слепого добровольца, а затем подождать несколько месяцев, пока ганглиозные клетки не вырастут оптогенетическими белками. Затем они обучили добровольцев пользоваться очками.
К сожалению, им удалось обучить только одного волонтера, прежде чем пандемия коронавируса закрыла проект. После многих лет подготовки к исследованию оно застряло в подвешенном состоянии.
Но потом на связь вышел тот волонтер, которого им удалось обучить. Семь месяцев он носил очки дома и на прогулках. Однажды он понял, что видит полосы пешеходного перехода.
Когда летом пандемия во Франции утихла, ученым удалось привести его в свою лабораторию для дополнительных тренировок и тестов. Они обнаружили, что он может протянуть руку и прикоснуться к записной книжке, лежащей на столе, но с меньшей коробкой со скобами ему повезло меньше. Когда ученые поставили перед добровольцем два или три стакана, ему удалось правильно их сосчитать 12 из 19 раз.
Во время некоторых испытаний доброволец носил колпачок с электродами, которые могли определять активность мозга через его кожу головы. Когда очки посылали сигнал на его сетчатку, они активировали части мозга, отвечающие за зрение.
«Это большое достижение с научной точки зрения и, что наиболее важно, для слепых», — сказала Люси Пеллиссье, нейробиолог из Университета Тур во Франции, которая не принимала участия в исследовании.
Доктор Сахель и его коллеги основали компанию под названием GenSight, чтобы провести клинические испытания своей техники в надежде получить ее одобрение регулирующих органов. Они не одни. Доктор Исакофф и его коллеги основали аналогичную компанию под названием Vedere Bio, которую в октябре прошлого года приобрела Novartis.
Потребуется гораздо больше положительных результатов клинических испытаний, прежде чем оптогенетика станет стандартным лечением некоторых форм слепоты.
На данный момент доктор Сахель и его коллеги приглашают других добровольцев для обучения, а также для тестирования более высоких доз вируса и модернизации их очков до тонких очков, которые были бы более удобными, а также доставляли бы больше информации на сетчатку.
Доктор Исакофф и его коллеги провели собственные эксперименты, которые повышают вероятность того, что другие оптогенетические белки могут сделать клетки сетчатки достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать свет без помощи очков. «Я думаю, что он будет работать достаточно хорошо», — сказал он.
За все время, которое доктор Сахель вложил в свою собственную систему, он не решался угадать, насколько она может улучшиться. «Пока пациент не скажет вам, что он видит, вы действительно ничего не сможете предсказать», — сказал он.
Проблема архи важная для человека, особенно с наступлением возраста