Оптогенетика вылечит слепоту с помощью водорослей
Оптогенетика – сравнительно молодой научный метод, объединивший в себе знания о генах, законы оптической физики и нейробиологии. Данное направление науки появилось, когда Карл Дейссерот, учёный из Стенфорда предложил использовать светоактивнй белок родопсин (канальный родопсин 2) для управления нервными клетками.
Дело в том, что у некоторых водорослей (особенно у Arabidopsis thaliana) есть специальные молекулярные механизмы (светочувствительные каналы), которые позволяют растению определять уровень освещения и двигаться по направлению к свету, чтобы начать процесс фотосинтеза и получить необходимое питание. За светочувствительность и запуск этой электрохимической активности как раз и отвечает белок родопсин.
Науке канальный родопсин 2 (ChR2) известен еще с начала 2000-х годов, когда учёным впервые удалось выделить его в чистом виде. Последовавшие исследования обнаружили, что данный белок может способствовать ремоделированию хроматина и регулированию биосинтеза микроРНК, поэтому с его помощью можно, используя свет, управлять нейронами мозга. Учёным удалось создать ложные воспоминания у мышей, избавить их от наркотической зависимости, вылечить тремор у животных с болезнью Паркинсона.
Кроме того, оптогенетика научилась работать не только с нейронами мозга, но и с другими клетками организма (например – кожными рецепторами) и при необходимости с помощью света «включать» определённые гены.
Этот научный подход должен, среди прочего, помочь вернуть зрение людям с генетически обусловленной слепотой - пигментным ретинитом. Данная болезнь приводит к деградации рецепторных клеток в сетчатке, поэтому человек теряет зрение. Более 1,5 миллиона людей во всём мире страдают от пигментного ретинита, который является основной причиной генетически вызванной слепоты.
Компания из Сан-Франциско разработала процедуру, во время которой нервные клетки глаза «включаются» с помощью канального родопсина 2.
Белок ChR2 вводится в сетчатку пациенту, потерявшему зрение в результате пигментного ретинита. Это позволяет остановить процесс разрушения клеток и даже обратить его вспять.
Тонкая игла доставляет ретровирус с ДНК водорослей в ганглионарные (нервные) клетки сетчатки, уцелевшие при заболевании, и тем самым делает их светочувствительными. Данные клетки отвечают за передачу зрительных сигналов в мозг. У людей с пигментным ретинитом болезнь поражает только рецепторные клетки, слои с ганглионарными клетками генетическое заболевание не затрагивает. После введения родопсина нервные клетки перестраиваются и могут в дальнейшем преобразовывать свет, естественным образом поступающий в глаз, в электрические импульсы для мозга.
Восстановить зрение полностью с помощью такого метода невозможно. Но как утверждают учёные, он помогает сделать светочувствительными около 100 000 клеток сетчатки – не так много, если сравнивать со здоровым глазом, но человек сможет различать светлые и тёмные предметы. Однако исследователи надеются, что в будущем пациенты будут отличать, например, мебель, крупные буквы и даже возможно смогут читать.
Результаты опытов на животных выглядят многообещающими: ещё 10 лет назад группе учёных из Университета Уэйна в США удалось добиться положительных результатов в экспериментах на мышах. Слепые мыши, которым был введён ретровирус канальным родопсином 2 уже через несколько дней могли ориентироваться по визуальным раздражителям.
В 2015 году компания Retrosense из Сан-Франциско получила первую в мире лицензию на лечение людей с пигментным ретинитом с помощью генетического материала зелёных водорослей. В настоящее время данный вид терапии проходит I и II фазы исследований на людях.
Тестовая группа с самой низкой дозировкой белка до сих пор не показали вредных побочных эффектов. Испытания с более высокой дозировкой должны быть вскоре завершены. Если и они не выявят никаких осложнений, тогда будет подана заявка на масштабное исследование в рамках III фазы, которая является последним шагом перед разрешением применения нового метода лечения в широкой клинической практике.
Терапия с помощью канального родопсина 2 не единственный способ вернуть, хотя бы частично, зрение слепым людям с уцелевшими ганглионарными клетками. С 2002 года разрешены биомеханические имплантаты сетчатки, которые преобразуют информацию в электрические сигналы и передают их в мозг. Однако эти имплантаты не могут активировать более 100 ганглиевых клеток одновременно. В сетчатке же таких клеток около миллиона.
Если с помощью канального родопсина 2 удастся вернуть чувствительность хотя бы 10% ганглионарных клеток (около 100 000 каналов), то это будет уже намного больше, чем при вживлении имплантатов, и можно будет говорить об огромном прогрессе в лечении слепоты, вызванной пигментным ретинитом.