Оптогенетика - це нова революційна технологія/терапія, яка базується на поєднанні генної терапії та світла, за допомогою яких різні нервові клітини можна ідентифікувати та контролювати досить точно. Це те, що викликає багато сподівань у нейронауковому співтоваристві, оскільки це ідеальний інструмент для виявлення функціонування нейрональних мозкових ланцюгів, що є великим прогресом для вивчення та лікування різних захворювань, включаючи хворобу Паркінсона, епілепсію або шизофренію. Однак перші клінічні випробування розпочалися в області офтальмології, зокрема у пацієнтів з пігментним ретинітом.

поєднує

Ця патологія є дегенеративним захворюванням сітківки, при якому світлочутливі клітини в цій частині ока поступово відмирають, спричинюючи прогресуючу втрату нічного зору та периферичного зору, зрештою, втрату центрального зору та сліпоту.

Чому обрана саме ця патологія, а не інша? Ну, оскільки він відповідає трьом дуже важливим вимогам, які роблять його ідеальним варіантом для впровадження цієї нової терапії:

  1. Око є ідеальним органом для цієї технології, оскільки воно набагато "доступніше", ніж мозок. Щоб мати можливість діяти на останньому, вам потрібно застосувати хірургічне введення волоконно-оптичного кабелю та стимулювати потрібні клітини світлом, при цьому через око це зайве, оскільки те саме навколишнє світло стимулює ці клітини.
  2. При цій патології відбувається дегенерація світлочутливих клітин сітківки, тому знову є ідеальною місцевістю, щоб спробувати перетворити гангліозні нервові клітини сітківки в світлочутливі клітини завдяки оптогенетиці.
  3. При пігментному ретиніті зоровий нерв неушкоджений, тому передача нерва від цих клітин до мозку гарантована.

На даний момент існує дві компанії, які почали експериментувати з оптогенетикою при пігментному ретиніті: GenSight Biologics та RetroSense Therapeutics. Перший, GenSight, ще не розпочав проводити клінічні випробування на людях з цією патологією, він робив це лише на тваринах (тут я хотів би підкреслити, що ця компанія вже експериментувала з хорошими результатами з генною терапією в Leber's спадкова невропатія зорового нерва, рідкісне генетичне дегенеративне захворювання очей, для якого немає лікувального лікування). Це друга компанія RetroSense, яка вже розпочала проведення клінічних досліджень у людей із пігментним ретинітом. До речі, ця друга компанія не так давно була придбана лабораторіями Allergan - яскравий приклад потенціалу цієї терапії та зацікавленості, яку вона пробуджує. Безсумнівно, це придбання піде на користь розвитку та еволюції оптогенетики, оскільки Retrosense матиме більше ресурсів, як технічних, так і економічних, для продовження своїх клінічних досліджень.

Але ей, давайте перейдемо до того, що нас цікавить, і по порядку ...

Що таке оптогенетика?

Оптогенетика - це технологія/терапія, яка поєднує оптичні методи, які можуть бути спалахами світла від лазера або світлодіода, та генетичні методи. Мета полягає в передачі CDNA, яка кодує світлочутливі білки мікробного походження, які називаються опсинами, до певної групи нейронів. За допомогою цієї техніки в клітини вводяться екзогенні гени, що кодують світлочутливі білки, які змінюють поведінку клітин через світло.

Основи оптогенетики знайдені при вивченні одноклітинного організму, водорості Chlamydomonas Reinhardtii та його здатності рухатися до джерела світла. Лікарі Пітер Хегеманн, Георг Нагель та Ернст Бамберг виявили білок під назвою Каналродопсин 2 (ChR2), який ці водорості використовують для руху до світла.

Після стимуляції яскравим пучком 473 нм синього світла ChR2 відкривається, пропускаючи іони через електрохімічний градієнт клітини. Нейрони експресують достатній рівень ChR2, так що синє світло через волоконну оптику дозволяє каналу відкриватися і натрію надходити до нейрона. Коли ChR2 експресується в нейронній мембрані, світлові імпульси трансформуються в потенціали дії.

Це нова технологія, яка почала розроблятись у 2002 році Борізом Земельманом та Геро Мізенбеком, хоча найважливішим вченим у цій галузі є доктор Карл Дейсерот зі Стенфордського університету, оскільки він був першим демонстратором у 2005 році. дійсно корисна оптогенетична система з використанням канародопсину 2. У 2010 році журнал Nature Methods назвав оптогенетику найважливішим методом року.

Ця методика широко поширюється серед різних дослідницьких груп у галузі неврології, оскільки, крім того, що вона є ідеальним інструментом для виявлення функціонування нервових мозкових ланцюгів, вона є досить простим методом, легким у засвоєнні та не вимагає великих вкладень, оскільки при відносно низькій вартості обладнання вже можна розпочати дослідження за допомогою цієї революційної техніки, яка обіцяє бути дуже корисною для виявлення популяцій клітин, задіяних у безлічі патологій, сприяючи тим самим пошуку нових методів лікування.

Застосування оптогенетики

Окрім сучасного використання цієї технології при пігментному ретиніті, є й інші випадки, коли вона вже експериментувалась або в яких очікується досягнення результатів. Серед них виділяються:

Давай, як бачиш, є кілька випадків, коли оптогенетика може показати свою користь, і я думаю, що це те, що сприяє нам, спільноті сліпих людей, оскільки ці перші клінічні випробування на пігментному ретиніті є життєво важливими для подальшого використання цієї терапії при інших патологіях, а це означає, що виділяється набагато більше технічних та фінансових ресурсів. Але привіт, я розповім про цей цікавий момент в кінці статті, у висновку. Йдемо крок за кроком.

Як застосовується оптогенетика до сліпих людей?

На даний момент це компанія RetroSense з Мічигану (США), яка почала проводити клінічні дослідження у людей з пігментним ретинітом. Це було в 2014 році, коли ця компанія отримала, що її терапія, з назвою RST-001, отримала призначення Управління з контролю за продуктами та ліками США (FDA) препарату-сироти для лікування пігментного ретиніту. У серпні 2015 р. Його було затверджено як новий досліджуваний препарат, а в березні 2016 р. RetroSense розпочав клінічне випробування фази I/II для оцінки безпеки його терапії у пацієнтів, яким дозують, - дослідження, яке закінчилось у серпні 2016 р. Після перевірки стану пацієнтів. дозували безпечно.

Оптогенетична терапія RST-001 використовує світлочутливий ген, канародопсин-2, для створення нових фотосенсорів в гангліозних клітинах сітківки і, таким чином, спроби відновити зір у сітківках, дегенерованих пігментним ретинітом. Давай, ми намагаємось змусити нервові клітини ока, які називаються гангліозними клітинами, стати світлочутливими. Для цього в око вводять віруси з ДНК фоточутливих водоростей. Якщо це спрацює, клітини відповідають за те, що роблять палички та колбочки здорового ока, тобто генерують електричний сигнал у відповідь на світло, який частково відновить зір.

Першою людиною, яка пройшла цю терапію від RetroSense Therapeutics, була сліпа жінка з Техасу з пігментним ретинітом. В кінці лютого 2016 року в Далласі пацієнтка отримала лікування одного з очей групою лікарів на чолі з дослідником Фонду Південно-Західної сітківки Девідом Бірчем. Це клінічне випробування поступово розширюється до більшої кількості пацієнтів, досягнувши в цілому 15.

Мета, як я вже згадував раніше, полягає в тому, щоб спробувати зробити клітини нервових гангліїв очей світлочутливими, щоб пацієнт міг знову "бачити". І я ставлю це слово побачити в лапки, оскільки, як і у випадку із штучним зором, імплантати сітківки, які забезпечують дуже неприродний зір, у цьому випадку зір, отриманий із світлочутливих клітин гангліїв, безсумнівно, буде сильно відрізнятися від бачення, отриманого завдяки здоровій сітківці. Гангліозні клітини сітківки зазвичай зосереджені на передачі нервових імпульсів і не отримують світла безпосередньо, тому поки невідомо, який саме тип зору буде отриманий. В експериментах, проведених на тваринах, результати були дуже багатообіцяючими, але, звичайно, тварини не можуть сказати нам, яким саме є бачення, яке вони набули, тому, поки воно не буде доведене на людях, неможливо буде достовірно знати, які результати отримуються.

Протягом цього 2017 року лікарі Фонду Retina Iran проводили спостереження за оком цього пацієнта, вивчаючи його світлочутливість. Крім того, буде введено три додаткові дози цієї терапії, і, перш за все, пацієнт буде під наглядом як у випадку будь-якого типу побічних ефектів, так і у разі наявності ознак зору в обробленому оці.

Очікується, що пацієнтка не побачить на 100%, і в повному кольорі вона відновить лише деяку зорову здатність ока, яке сьогодні не сприймає жодного світла. Яке бачення ви отримаєте, ще залишається з’ясувати, але сподіваємось, ви зможете оцінити форму, положення, орієнтацію та рух об’єктів або навіть дуже великих літер. Прості речі, але це означатиме значне покращення в людині, яка нічого не бачить.

Слід зазначити, що зір, отриманий від світлочутливих гангліозних клітин, має головний недолік: здорова сітківка швидко адаптує свою чутливість до змін освітлення (наприклад, на вулиці яскравість може бути в 10000 разів більшою, ніж у закритому корпусі), але світлочутливі клітини, створені з оптогенетики, напевно не зможуть адаптуватися однаково. Отже, цю терапію потрібно буде доповнити певними видами електронних окулярів, які можуть доповнити процес адаптації світла, який оброблене око не може здійснити, надсилаючи йому більш чіткий сигнал в приміщенні, а затемнювач - назовні.

Електронні окуляри як доповнення до оптогенетики

Як ми вже бачили раніше, оптогенетика покладається на природне світло, щоб активувати світлочутливі клітини гангліїв. Ці клітини не пристосовуються до інтенсивності світла, як звичайна сітківка. Світлочутливі білки реагують лише на певні довжини хвиль світла, тому як високий, так і низький рівень навколишнього освітлення можуть бути недостатніми, щоб викликати бажані реакції. Зіткнувшись з цією проблемою, дослідники вирішили доповнити цей тип терапії електронними окулярами, які регулюють довжину хвилі та інтенсивність світла, що потрапляє в око, або які включають камеру, яка після зйомки зображень перетворює їх в імпульсні яскраві вогні які стимулюють світлочутливі клітини гангліїв у сітківці.

Французька біотехнологічна компанія GenSight Biologics (Париж), хоча на даний момент вона не почала проводити клінічні випробування на людях (оскільки її оптогенетична терапія пігментного ретиніту під назвою GS030 наразі працює лише на етапі доклінічних досліджень), працює разом з Інститутом зору в Парижі розробити електронні окуляри, які доповнюють оптогенетику. Ці окуляри містять камеру, мікропроектор та цифрове мікродзеркало, які перетворюють зображення, зняті камерою, у яскраві імпульси червоного світла, що стимулюють змінені гангліозні клітини сітківки.

За словами генерального директора GenSight Бернарда Гіллі, ця технологія була випробувана на мавпах і сліпих щурах, відновивши їх здатність бачити. Зараз вони чекають початку клінічних досліджень на людях, щоб мати можливість більш надійно перевірити, наскільки ця терапія може допомогти відновити втрачений зір.

Ще однією компанією, яка також шукає поєднання електронних окулярів та оптогенетики, є Bionic Sight, стартап, заснований Шейлою Ніренберг, неврологом з Медичного коледжу Weill Cornell, і планує співпрацювати з компанією з генної терапії Applied Genetic Technologies для початку клінічних випробувань. У 2018 році.

Ніренберг каже, що його окуляри перетворюють світло у "нейронний код", або шаблон попередньо оброблених імпульсів, який стимулює клітини гангліїв так, ніби вони надходять з інших клітин сітківки.

І все-таки Даніель Паланкер, професор офтальмології та директор лабораторії експериментальної фізики Хансена Стенфордського університету, скептично ставиться до того, що нейронний код Ніренберга допомагає. Оскільки в сітківці є близько 30 типів гангліозних клітин, деякі з яких реагують на світло, а інші - на рух, а інші - на різницю в контрасті. Там сказано, що жоден набір світлових візерунків не зміг би спілкуватися з усіма ними.

У будь-якому випадку, час покаже, хто з двох дослідників має рацію.

Завершення

Звичайно, зараз це дуже інвазивна техніка, яка вимагає хірургічного введення як генів, так і оптичного волокна в область, що підлягає обробці, але вона вже експериментується на мишах з білками, більш чутливими до іншого типу світла, інфрачервоне світло, що було б ідеально, оскільки це світло змогло б пройти, наприклад, через череп, не відкриваючи його.

Що ж, я закінчую цю статтю, коментуючи, що від InfoTecnoVisión ми будемо в курсі новин, що з’являються про цю цікаву терапію, оскільки на даний момент RetroSense Therapeutics ще не опублікувала результати проведених клінічних випробувань. Звичайно, ще раз, я бачу необхідність попередити, що ця терапія є яскравим прикладом можливого довгострокового рішення, тому сприймайте цю новину як щось лише інформативне і не формуйте хибних очікувань.

Посилання та джерела

Написавши цю статтю, я не хотів глибоко вникати у фізичні основи оптогенетики, щоб не робити занадто важким читання, але у випадку, якщо хтось захоче глибше заглибитися в цей аспект, нижче я кладу посилання на завантаження повного нарису про цю терапію:

Для підготовки цієї статті я витягнув інформацію з різних сайтів, серед яких я виділяю наступне:

І в наступному посиланні ви можете знайти інформацію про те, про що я згадав у статті, але про те, що я не розширював, оскільки це генна терапія, а не оптогенетична терапія. Я маю на увазі генну терапію, яку компанія GenSight застосовує при спадковій оптичній нейропатії Лебера: