Биологи встроили ген светочувствительного белка MCO1 в нейроны сетчатки слепых мышей и восстановили их зрение. Для этого они упаковали ген в вирусную частицу и инъецировали в глаза мышам с пигментным ретинитом. Новый белок не вызвал воспалительного ответа и, в отличии от предшественников, реагирует на дневной свет, а мыши научились проходить тесты с визуальными подсказками. Исследование опубликовано в журнале Gene Therapy.
В процессе восприятия зрительной информации световые лучи фокусируются на сетчатке глаза, в которой находятся фоторецепторы: колбочки и палочки. Они содержат светочувствительные белки опсины, которые реагируют на поток фотонов и приводят к генерации нервного импульса в рецепторах. Этот импульс передается на биполярные нейроны сетчатки, а после сетчатки уходит в мозг.
Однако так хорошо сетчатка работает не у всех: у людей, больных пигментным ретинитом (а их около полутора миллионов), палочки и колбочки перестают воспринимать свет из-за мутаций в генах светочувствительных опсинов. Это наследственное заболевание приводит к сильному ухудшению зрения, а часто — к полной слепоте.
Лекарства от пигментного ретинита сейчас применяют только чтобы сохранить функцию еще работающих рецепторов: например, витамин А. Для восстановления зрения сейчас доступны дорогостоящие операции по пересадке сетчатки и установке протезов. Но недавно для лечения ретинопатии начали применять методы оптогенетики: в обход фоторецепторов ученые встроили светочувствительные белки прямо в нейроны сетчатки, после чего они начали реагировать на свет. Однако до сих пор генномодифицированные клетки реагировали только на сильный сигнал: это требует специальных устройств для усиления дневного света.
Исследователи из компании Nanoscope Technologies под руководством Самохендры Моханти (Samarendra Mohanty) внедрили в биполярные нейроны белок, который реагирует на дневной свет. Сначала ученые создали фрагмент ДНК с генами мультихарактерного опсина 1 (MCO1) и красного флуоресцентного белка, чтобы опсин подсвечивался в клетках. Этот фрагмент упаковали в вирусный вектор — частицу, которая утратила свои патогенные свойства и используется для доставки и встройки генетических конструкций.
Вирусный вектор инъецировали внутрь глаза каждой мыши, после чего фрагмент ДНК из двух генов встраивался в биполярные нейроны сетчатки, и там синтезировался MCO1 со светящимся довеском. При помощи микроскопии ученые определяли в клетках уровень свечения и количество белка. Оказалось, что гены достигали пика работы на четвертой неделе, после чего сохраняли стабильный уровень.
Чтобы проверить зрение мышей после встройки, ученые давали им задания со световым лабиринтом: в водном бассейне в темноте мыши должны были найти сухую платформу, которая подсвечивалась. Тест показал, что мыши действительно начинают видеть платформу уже через 4-8 недель после инъекций (p < 0,05).
Также исследователи подтвердили, что уровень факторов воспаления через четыре недели после инъекции оставался таким же, как и до нее. Анализ органов мышей показал либо полное отсутствие, либо следовые количества векторной ДНК вне глаз мышей, а в глазах флуоресцирующий белок локализовался именно в биполярных нейронах.
Возможно, результаты генной терапии сетчатки мышей после клинических испытаний можно будет адаптировать и для человека. Тогда для лечения слепоты не потребуются ни дорогостоящие операции, ни девайсы для усиления сигнала — а только одна или несколько инъекций.
Оптогенетика используется не только для терапии: с помощью этого метода можно даже доставлять информацию в мозг. Недавно, например, американским ученым удалось внести информацию о песнях в мозг молодых зебровых амадин.
Анна Муравьева