Оптогенетика помогла частично восстановить зрение мужчине после 40 лет слепоты

Пациент во время одного из тестов

Sahel et al / Nature Medicine, 2021

Нейробиологи частично восстановили зрение мужчине, который был слепым уже 40 лет. Для этого они применили оптогенетическую терапию: доставили в ганглиозные клетки сетчатки вирусные векторы, кодирующие светочувствительный ионный канал. С помощью очков, проецирующих на сетчатку световые волны, мужчина стал различать предметы перед собой. До этого пигментный ретинит считался неизлечимым заболеванием. Статья опубликована в Nature Medicine.

Пигментный ретинит — это наследственное дегенеративное заболевание глаз, связанное с 71 мутацией различных генов. У больных людей повреждаются фоторецепторы сетчатки. Сначала у пациента пропадает способность видеть в сумерках, деградирует периферическое зрение, а затем может возникнуть полная слепота. В настоящий момент в мире проживают около двух миллионов людей с этим заболеванием. До настоящего времени от него не было лекарства, хотя пытались применять стволовые клетки, каннабиноиды и генную терапию.

Оптогенетическое восстановление зрения — это новаторская терапия по лечению пигментного ретинита. Она стала возможной благодаря открытию опсинов — светочувствительных каналов, которые вызывают деполяризацию или гиперполяризацию клетки через приток ионов. С помощью различных длин волн можно манипулировать нейронами, открывая и закрывая ионные каналы. Мы уже писали, что с помощью методов оптогенетики ученые смогли восстановить зрение у макак. В ганглионарный слой сетчатки у них ввели вирусные векторы, кодирующие опсин. В итоге нервный импульс от попадания света на модифицированные ганглионарные клетки полностью совпал с тем, который испускают обычные при стимуляции от палочек и колбочек. К сожалению, видимое обезьяной изображение оценить было невозможно, но этот эксперимент показал возможности оптогенетики в восстановлении зрения.

Научная группа Ботонда Роски (Botond Roska) из Университета Базеля на протяжении 13 лет сотрудничала с группой Жозе Сахеля (José-Alain Sahel) из Университета Сорбонны, чтобы сделать возможной операцию по оптогенетическому восстановлению зрения у человека. «Сетчатка — это биологический компьютер в глазах. В верхнем слое находятся светочувствительные клетки, а в нижнем — ганглиозные клетки, которые формируют оптический нерв. У пациентов с пигментным ретинитом поврежден только верхний из слоев. Воздействуя на ганглионарные клетки, мы создали искусственный слой светочувствительных клеток в сетчатке слепого», — рассказывает о проделанной работе Ботонд Роска.

Ученые применили метод оптогенетического восстановления зрения у мужчины, которые 40 лет назад потерял зрение и воспринимал только разницу между светом и темнотой. Они использовали аденовирусный вектор, кодирующий опсин ChrimsonR, соединенный с флуоресцентным белком tdTomato. Такая конструкция увеличивает встраивание ChrimsonR в клеточную мембрану. Вектор ввели в ганглионарные клетки сетчатки глаза, который хуже видел. Ученые надели на пациента очки-камеру, которые фиксируют изменение света в каждом пикселе, трансформируют свет в монохромные изображения и посылают на сетчатку подобно проектору. Эти световые волны активируют опсины ганглионарных клеток сетчатки, и сигнал от них поступает в мозг.

После процедуры мужчина различил объекты, лежащие перед ним на столе (в 92 процентах случаев), а также смог сосчитать их (в 63 процентах случаев).

Сравнение правильности ответов до и после применения оптогенетической терапии, p < 0,01

Sahel et al / Nature Medicine, 2021

Чтобы оценить нейронную активность, пациенту провели электроэнцефалографическое исследование. Наибольшую активность при рассматривании предметов наблюдали в затылочной коре с противоположной стороны от глаза, у которого частично восстановили зрение.

Амплитуда ЭЭГ в затылочной области в моменты, когда перед пациентом лежал предмет (справа) и когда его не было (слева), p < 0,001

Sahel et al / Nature Medicine, 2021

«Пациенту нужно время, чтобы адаптироваться к новым сигналам, поступающим от глаза, так как эти сигналы, несмотря на все старания ученых, все равно не являются естественными для организма. Вначале пациент видел вспышки, а потом „звездное небо“. Улучшения наступают постепенно», — заключил Сахель. Пациент в детстве не был слепым, поэтому учёные надеются, что процесс адаптации не займет много времени за счет памяти о визуальных образах, сохранившейся в мозге.

С помощью оптогенетики ученые и раньше добивались примечательных результатов. Например, научили птиц петь, внедрив информацию о песнях в их мозг, а также изменили восприятие времени у мышей.

Информация с сайта https://nplus1.ru/news/2021/05/24/optogenetics-vision