Оптогенетиката е нова и революционна технология/терапия, която се основава на комбинация от генна терапия и светлина, с която различните нервни клетки могат да бъдат идентифицирани и контролирани доста точно. Това е нещо, което поражда много очаквания в невронаучната общност, тъй като е идеалният инструмент за идентифициране на функционирането на мозъчните вериги на невроните, което е чудесен напредък за изследване и лечение на различни заболявания, включително Паркинсон, епилепсия или шизофрения. Започнаха обаче първите клинични проучвания в областта на офталмологията, по-специално при пациенти с пигментен ретинит.

терапия

Тази патология е дегенеративно заболяване на ретината, при което фоточувствителните клетки в тази част на окото постепенно умират, причинявайки прогресивна загуба на нощно и периферно зрение, в крайна сметка последвана от загуба на централно зрение и слепота.

Защо е избрана тази патология, а не друга? Ами защото отговаря на три много важни изисквания, които го правят идеалният вариант за прилагане на тази нова терапия:

  1. Окото е идеалният орган за тази технология, тъй като е много по-достъпно от мозъка. За да може да се въздейства върху последното, е необходимо да се използва операция за въвеждане на оптичен кабел и стимулиране на желаните клетки със светлина, докато през окото това е ненужно, тъй като същата околна светлина е това, което стимулира тези клетки.
  2. При тази патология настъпва дегенерация на фоточувствителните клетки на ретината, така че отново е идеалният терен да се опитате да трансформирате ганглиозните нервни клетки на ретината във фоточувствителни клетки благодарение на оптогенетиката.
  3. При пигментоза на ретинит зрителният нерв е непокътнат, така че предаването на нерв от тези клетки към мозъка е гарантирано.

В момента има две компании, които са започнали да експериментират с оптогенетиката при пигментозен ретинит: GenSight Biologics и RetroSense Therapeutics. Първият, GenSight, все още не е започнал да провежда клинични проучвания при хора с тази патология, той е направил това само при животни (тук бих искал да подчертая, че тази компания вече експериментира с добри резултати с генна терапия в Leber's наследствена оптична невропатия, рядко генетично дегенеративно очно заболяване, за което няма лечебно лечение). Това е втората компания, RetroSense, която вече е започнала да провежда клинични проучвания при хора с пигментен ретинит. Между другото, тази втора компания не беше придобита отдавна от лабораториите на Allergan, като ярък пример за потенциала на тази терапия и интереса, който тя пробужда. Несъмнено това придобиване ще бъде от полза за развитието и еволюцията на оптогенетиката, тъй като Retrosense ще разполага с повече технически и икономически ресурси, за да продължи с клиничните си проучвания.

Но хей, нека да отидем на това, което ни интересува и по ред ...

Какво е оптогенетика?

Оптогенетиката е технология/терапия, която комбинира оптични методи, които могат да бъдат светкавични светкавици от лазер или LED, с генетични методи. Целта е да се прехвърли на специфична група неврони CDNA, която кодира светлочувствителни протеини от микробен произход, наречени опсини. С тази техника в клетките се въвеждат екзогенни гени, кодиращи фоточувствителни протеини, които модифицират поведението на клетките чрез светлина.

Основите на оптогенетиката се откриват при изследване на едноклетъчен организъм, водораслите Chlamydomonas Reinhardtii и способността му да се движи към източник на светлина. Лекарите Питър Хегеман, Георг Нагел и Ернст Бамберг откриха протеин, наречен Channelrodopsin 2 (ChR2), който тези водорасли използват за придвижване към светлината.

При стимулация с ярък лъч от 473nm синя светлина, ChR2 се отваря, позволявайки преминаването на йони през електрохимичния градиент на клетката. Невроните изразяват достатъчни нива на ChR2, така че синята светлина чрез оптична оптика позволява на канала да се отвори и натрият да навлезе в неврона. Когато ChR2 се експресира в невронната мембрана, светлинните импулси се трансформират в потенциали за действие.

Това е нова технология, която започва своето развитие през 2002 г. от Boriz Zemelman и Gero Miesenböck, въпреки че най-подходящият учен в тази област е д-р Karl Deisseroth от Станфордския университет, тъй като той е този, който прави първата демонстрация през 2005 г. на наистина полезна оптогенетична система, използваща канародопсин 2. През 2010 г. списанието Nature Methods определи оптогенетиката за най-важния метод на годината.

Тази техника се разпространява широко сред различните изследователски екипи в областта на неврологията, тъй като освен идеалният инструмент за идентифициране на функционирането на невронните мозъчни вериги, тя е доста прост метод, лесен за научаване и не изисква големи инвестиции, тъй като при относително ниска цена на оборудването вече е възможно да започнете разследване с тази революционна техника, която обещава да бъде много полезна за идентифициране на клетъчните популации, участващи в множество патологии, като по този начин допринася за търсенето на нови лечения.

Приложения на оптогенетиката

Освен настоящото използване на тази технология при пигментозен ретинит, има и други случаи, в които тя вече е експериментирана или в които се очакват резултати. Сред тях се открояват следните:

Хайде, както виждате, има множество случаи, в които оптогенетиката може да покаже своята стойност и мисля, че това е нещо, което облагодетелства нас, общността на слепите хора, тъй като тези първи клинични изпитвания при пигментозен ретинит са жизненоважни за бъдещата употреба от тази терапия при други патологии, а това означава, че се отделят много повече технически и финансови ресурси. Но хей, ще говоря за този интересен момент в края на статията, в заключение. Да вървим стъпка по стъпка.

Как се прилага оптогенетиката при слепи хора?

В момента компанията RetroSense от Мичиган (САЩ) е започнала да извършва клинични проучвания при хора с пигментозен ретинит. През 2014 г., когато тази компания получи, че нейната терапия, с името RST-001, получи наименованието лекарство сирак от Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) за лечение на пигментозен ретинит. През август 2015 г. той беше одобрен като ново лекарство за изследване, а през март 2016 г. RetroSense започна фаза I/II клинично изпитване за оценка на безопасността на терапията си при пациенти, които се дозират, проучване, което приключи през август 2016 г. след проверка дали пациентите са били дозирани безопасно.

Оптогенетичната терапия RST-001 използва фоточувствителен ген, канародопсин-2, за да създаде нови фотосензори в ганглиозните клетки на ретината и по този начин да се опита да възстанови зрението в ретините, дегенерирани от пигментозен ретинит. Хайде, това, което се опитва да накара нервните клетки на окото, наречени ганглиозни клетки, да стане фоточувствително. За целта в окото се инжектират вируси с ДНК от фоточувствителни водорасли. Ако това работи, клетките ще отговарят за това, което правят пръчките и конусите на здраво око, т.е. генерират електрически сигнал в отговор на светлина, който частично ще възстанови зрението.

Първият човек, който се подложи на тази терапия с RetroSense Therapeutics, беше сляпа жена от Тексас с пигментен ретинит. Пациентката е получила лечение на едното си око в края на февруари 2016 г. в Далас от екип от лекари, ръководен от изследователя на Фондация „Югозападна ретина“ Дейвид Бърч. Това клинично изпитване постепенно се разширява до повече пациенти, достигайки общо 15.

Целта, както споменах по-рано, е да се опита да накара нервните ганглиозни клетки на окото да станат фоточувствителни, за да може пациентът отново да „вижда“. И сложих думата see в кавички, защото както при изкуствените зрителни импланти на ретината, които осигуряват много неестествено зрение, в този случай зрението, осигурено от фоточувствителни ганглийни клетки, със сигурност ще бъде много различно от това, получено благодарение на здрава ретина. Ганглиозните клетки на ретината обикновено са фокусирани върху предаването на нервни импулси и не получават директно светлина, така че все още не е известно какъв точно вид зрение ще бъде получено. При експериментите, проведени върху животни, резултатите бяха много обещаващи, но разбира се, животните не могат да ни кажат точно каква е визията, която са придобили, така че докато не бъде доказана при хората, няма да е възможно да знаем с надеждност какво се получават резултати.

През цялата 2017 г. лекарите на Фондация Retina Iran проведоха проследяване на окото на този пациент, изучавайки неговата фоточувствителност. Освен това ще бъдат приложени три допълнителни дози от тази терапия и преди всичко пациентът ще бъде наблюдаван както в случай на някакъв вид страничен ефект, така и ако има признаци на зрение в третираното око.

Пациентът не се очаква да вижда 100% и в пълен цвят, тя ще възстанови само някакъв зрителен капацитет в око, което днес не възприема никаква светлина. Остава да видим какъв вид зрение ще получите, но се надяваме, че ще можете да оцените формата, позицията, ориентацията и движението на предметите или дори много големи букви. Прости неща, но това ще означава голямо подобрение в човек, който не вижда нищо.

Трябва да се отбележи, че зрението, получено от фоточувствителни ганглиозни клетки, има основен недостатък: здравата ретина адаптира чувствителността си бързо към промените в осветлението (например на улицата яркостта може да бъде 10 000 пъти по-голяма, отколкото в затворено заграждение), но фоточувствителните клетки, създадени от оптогенетиката, със сигурност няма да могат да се адаптират по същия начин. Следователно, тази терапия ще трябва да бъде допълнена с някакъв вид електронни очила, които могат да допълнят процеса на адаптация на светлината, който третираното око не може да извърши, изпращайки му по-ясен сигнал на закрито и по-слаб на открито.

Електронни очила като допълнение към оптогенетиката

Както видяхме по-рано, оптогенетиката разчита на естествената светлина, за да активира фоточувствителни ганглийни клетки. Тези клетки не се адаптират към интензивността на светлината като нормална ретина. Светлочувствителните протеини реагират само на определени дължини на вълната на светлината, така че както високите, така и ниските нива на околната светлина може да не са достатъчни, за да предизвикат желаните реакции. Изправени пред този проблем, изследователите са решили да допълнят този вид терапия с електронни очила, които регулират дължината на вълната и интензивността на светлината, която влиза в окото, или които включват камера, която след заснемането на изображенията ги трансформира в импулсни ярки светлини които стимулират фоточувствителни ганглиозни клетки в ретината.

Френската биотехнологична компания GenSight Biologics (Париж), въпреки че към момента не е започнала да провежда клинични изпитвания при хора (тъй като нейната оптогенетична терапия за пигментен ретинит под името GS030 в момента е само на фаза на предклинични изследвания), работи с Института по зрение в Париж, за разработване на електронни очила, които допълват оптогенетиката. Тези очила съдържат камера, микропроектор и цифрово микроогледало, които ще преобразуват изображенията, заснети от камерата, в ярки импулси на червена светлина, които стимулират модифицирани ганглиозни клетки на ретината.

Според изпълнителния директор на GenSight Бернард Гили, тази технология е била тествана при маймуни и слепи плъхове, възстановявайки способността им да виждат. Сега те чакат да започнат клинични проучвания при хора, за да могат да проверят с по-голяма надеждност до каква степен тази терапия може да помогне за възстановяване на загубеното зрение.

Друга компания, която също търси комбинация от електронни очила и оптогенетика, е Bionic Sight, стартъп, основан от Шийла Ниренберг, невролог в Медицинския колеж Weill Cornell, и планира да си партнира с компанията за генна терапия Applied Genetic Technologies, за да започне клинични изпитвания.

Ниренберг казва, че очилата му ще преобразуват светлината в „нервен код“ или модел на предварително обработени импулси, който стимулира ганглийните клетки, сякаш идват от други клетки в ретината.

И все пак Даниел Паланкер, професор по офталмология и директор на лабораторията за експериментална физика на Хансен в Станфордския университет, е скептичен, че невронният код на Ниренберг помага. Тъй като в ретината има около 30 вида ганглиозни клетки, някои от които реагират на светлина, докато други реагират на движение, а други на разлики в контраста. Той казва, че нито един набор от светлинни модели не би могъл да комуникира с всички тях.

Както и да е, времето ще покаже кой от двамата изследователи е прав.

Завършеност

Разбира се, в момента това е много инвазивна техника, която изисква операция за въвеждане както на гените, така и на оптичното влакно в областта, която трябва да се лекува, но вече се експериментира с мишки с протеини, които са по-чувствителни към друг тип светлина, инфрачервена светлина, което би било идеално, тъй като тази светлина ще може да премине през черепа, например, без да се налага да го отваря.

Е, завършвам тази статия, като коментирам, че от InfoTecnoVisión ще сме много наясно с новините, които се появяват за тази интересна терапия, тъй като към момента RetroSense Therapeutics все още не е публикувал резултатите от клиничните изпитвания, които провежда. Разбира се, за пореден път виждам необходимостта да предупредя, че тази терапия е ярък пример за възможно дългосрочно решение, така че приемайте тази новина като нещо само информативно и не формирайте фалшиви очаквания.

Връзки и източници

В написването на тази статия не съм искал да се задълбочавам много във физическите основи на оптогенетиката, за да не затруднявам четенето, но в случай, че някой иска да се задълбочи допълнително в този аспект, по-долу поставям линк към изтеглянето на пълно есе, свързано с тази терапия:

За подготовката на тази статия съм извлекъл информация от различни сайтове, сред които подчертавам следното:

И в следващия линк можете да намерите информация за нещо, което споменах в статията, но в това, което не съм разширил, защото това е генна терапия, а не оптогенетична терапия. Имам предвид генната терапия, която компанията GenSight прилага при наследствената оптична невропатия на Leber: