Люди в основном полагаются на свое зрение. Потеря зрения означает неспособность читать, узнавать лица или находить предметы. Дегенерация желтого пятна – одна из основных причин нарушения зрения во всем мире; затронуты около 200 миллионов человек. Фоторецепторы в сетчатке отвечают за улавливание света, исходящего из окружающей среды. Больные фоторецепторы теряют чувствительность к свету, что может привести к ухудшению зрения или даже полной слепоте. Ученые Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля (IOB) вместе с коллегами из Немецкого центра приматов (DPZ) – Института исследований приматов им. Лейбница в Геттингене разработали совершенно новый терапевтический подход, основанный на генной терапии. Им удалось активировать дегенерированные фоторецепторы с помощью ближнего инфракрасного света. Исследование опубликовано в журнале Science.
Во время прогрессирования дегенеративных заболеваний фоторецепторов светочувствительные и светочувствительные области фоторецепторов в сетчатке сосуществуют. Например, пациенты с дегенерацией желтого пятна теряют зрение в центральной части сетчатки, но сохраняют периферическое зрение.
Ученым удалось разработать новый терапевтический подход к восстановлению светочувствительности дегенерирующей сетчатки без негативного воздействия на остающееся зрение. Они были вдохновлены такими видами, как летучие мыши и змеи, которые могут локализовать ближний инфракрасный свет, излучаемый телами их жертв. Это достигается за счет использования термочувствительных ионных каналов, способных улавливать тепло ближнего инфракрасного света. Это позволяет летучим мышам и змеям накладывать тепловые и визуальные изображения в мозг и, таким образом, реагировать на окружающую среду с большей точностью.
Чтобы снабдить фоторецепторы сетчатки чувствительностью в ближнем инфракрасном диапазоне, исследователи разработали трехкомпонентную систему. Первый компонент содержит сконструированную ДНК, которая гарантирует, что ген, кодирующий термочувствительный канал, экспрессируется только в фоторецепторах. Второй компонент – золотой наностержень, небольшая частица, которая эффективно поглощает ближний инфракрасный свет. Третий компонент – это антитело, которое обеспечивает прочное связывание между термочувствительным каналом, экспрессируемым в фоторецепторах, и золотыми наностержнями, которые локально захватывают ближний инфракрасный свет и локально выделяют тепло.
Исследователи сначала протестировали свою систему на искусственно созданных мышах с дегенерацией сетчатки, подтвердив, что свет в ближнем инфракрасном диапазоне эффективно возбуждает фоторецепторы и что этот сигнал передается ганглиозным клеткам сетчатки, последние представляют собой выход сетчатки к высшим зрительным центрам мозга. Затем они показали, что стимуляция глаза мыши ближним инфракрасным светом также улавливается нейронами в области мозга, которая важна для осознанного зрения, первичной зрительной коры головного мозга. Они также разработали поведенческий тест, в котором необработанные слепые мыши не могли использовать стимуляцию в ближнем инфракрасном диапазоне для изучения простой задачи, тогда как слепые мыши, получавшие трехкомпонентную систему, могли выполнять задачу, связанную со стимулом в ближнем инфракрасном диапазоне.
В сотрудничестве с Арнольдом Сабо, соавтором статьи и доцентом Университета Земмельвейса в Венгрии, исследователи могли протестировать свой новый подход на сетчатке человека, сохраняемой в культуральной среде в течение нескольких месяцев, хотя слепота наступает через день или около того. после смерти фоторецепторы теряют способность обнаруживать свет. Экспериментальные результаты показали, что после лечения методом трехкомпонентной генной терапии воздействие света в ближнем инфракрасном диапазоне реактивировало зрительные схемы сетчатки человека.
"Мы считаем, что стимуляция в ближнем инфракрасном диапазоне является важным шагом на пути к обеспечению хорошего зрения слепым пациентам, чтобы они могли восстановить свою способность читать или видеть лица", говорит Даниэль Хиллиер, руководитель младшей исследовательской группы «Визуальные схемы и ремонт» в DPZ. "Благодаря этим открытиям мы хотим дать надежду слепым людям и еще больше активизируем наши исследования в этой области здесь, в DPZ, в рамках нашего основного проекта, направленного на восстановление зрения."