Tutkijat etenevät kohti sokeuden parantamista

Viime kuukausina, vaikka huomiomme on keskittynyt koronavirusepidemiaan, sokeutta aiheuttavien tautien hoidossa on tehty lukuisia tieteellisiä läpimurtoja.

Yhdysvaltalaisen Editas Medicine -yhtiön ja irlantilaisen Allerganin tutkijat ovat käyttäneet CRISPR-menetelmää ensimmäistä kertaa geneettistä tautia sairastavaan henkilöön. Tässä käänteentekevässä hoidossa käytetään CRISPR-menetelmää tiettyyn mutaatioon geenissä, joka liittyy lapsuusiän sokeuteen. Mutaatio vaikuttaa silmän valoa aistivan osaston, verkkokalvon, toimintaan ja johtaa valoa aistivien solujen katoamiseen.

World Health Organizationin mukaan ainakin 2,2 miljardilla ihmisellä maailmassa on jonkinlainen näkövamma. Yhdysvalloissa noin 200 000 ihmistä kärsii verkkokalvosairauden perinnöllisistä muodoista, joihin ei ole parannuskeinoa. Asiat ovat kuitenkin alkaneet muuttua lopullisesti. Voimme nyt nähdä valoa tunnelin päässä.

Olen silmä- ja näkötieteiden tutkija ja olen erityisen kiinnostunut näistä edistysaskelista, koska laboratorioni keskittyy uusien ja parempien geeniterapiamenetelmien suunnitteluun perinnöllisten sokeutumismuotojen hoitamiseksi.

Silmä CRISPR:n koekenttänä – Geeniterapia tarkoittaa, että geenin oikea kopio siirretään soluihin, joissa on virhe geenin geenisekvenssin perimäjärjestyksessä, ja näin proteiinin normaali funktio solussa palautuu. Silmä on ihanteellinen elin uusien terapeuttisten lähestymistapojen, kuten CRISPR:n, testaamiseen. Tämä johtuu siitä, että silmä on aivojemme paljain osa ja siten helposti saatavilla.

Toinen syy on se, että silmän verkkokalvokudos on suojassa elimistön puolustusmekanismilta, joka muutoin pitäisi geeniterapiassa käytettävää ruiskutettua materiaalia vieraana ja käynnistäisi puolustushyökkäysvasteen. Tällainen reaktio tuhoaisi hoitoon liittyvät hyödyt.

Viime vuosina läpimurtotutkimukset geeniterapiassa tasoittivat tietä kaikkien aikojen ensimmäiselle Food and Drug Administrationin hyväksymälle geeniterapialääkkeelle, Luxturna TM:lle, joka on tarkoitettu tuhoisaan lapsuusiän sokeutumissairauteen, Leberin synnynnäiseen amauroosiin tyypin 2.

Tämän Leberin synnynnäisen amauroosin muodon aiheuttaa mutaatio mutaatioita Geenissä, joka koodaa proteiinia nimeltä RPE65. Proteiini osallistuu kemiallisiin reaktioihin, joita tarvitaan valon havaitsemiseen. Mutaatiot heikentävät tai poistavat RPE65:n toiminnan, mikä johtaa kyvyttömyyteen havaita valoa – sokeuteen.

Pennsylvanian yliopistossa sekä University College Londonissa ja Moorefieldsin silmäsairaalassa toimivien ryhmien samanaikaisesti kehittämässä hoitomenetelmässä mutaatiogeenin terve kopio asetetaan suoraan verkkokalvon ja verkkokalvon pigmenttiepiteelin väliseen tilaan, joka on verkkokalvon takana sijaitseva kudos, jossa kemialliset reaktiot tapahtuvat. Tämä geeni auttoi verkkokalvon pigmenttiepiteelisolua tuottamaan puuttuvaa proteiinia, joka on potilailla toimintahäiriöinen.

Vaikka hoidetuissa silmissä näkyi näön paranemista, jota mitattiin potilaan kyvyllä suunnistaa esteillä eri valoisuustasoilla, kyseessä ei ole pysyvä korjaus. Tämä johtuu siitä, että ei ole olemassa tekniikoita, joilla voitaisiin korjata mutaatioita sisältävä geneettinen koodi potilaan solujen DNA:ssa.

Uusi tekniikka mutaation poistamiseksi – Viime aikoina tiedemiehet ovat kehittäneet uuden tehokkaan työkalun, joka siirtää biologian ja geenitekniikan seuraavaan vaiheeseen. Tämä läpimurto geeninmuokkausteknologia, jota kutsutaan CRISPR:ksi, antaa tutkijoille mahdollisuuden muokata suoraan silmän solujen geneettistä koodia ja korjata tautia aiheuttava mutaatio.

Leberin synnynnäistä amauroosia tyypin 10 sairastavilla lapsilla näkö heikkenee asteittain jo vuoden iässä. Tämä Leberin synnynnäisen amauroosin erityinen muoto johtuu DNA:n muutoksesta, joka vaikuttaa geenin – nimeltään CEP290 – kykyyn valmistaa täydellistä proteiinia. CEP290-proteiinin menetys vaikuttaa valoa aistivien solujemme, niin sanottujen fotoreseptoreiden, eloonjäämiseen ja toimintaan.

Yksi hoitostrategiaksi on valittu CEP290-geenin täydellisen muodon toimittaminen viruksen avulla. CEP290-geeni on kuitenkin liian suuri ollakseen virusten lastina. Niinpä tarvittiin toinen lähestymistapa. Yksi strategia oli korjata mutaatio CRISPR:n avulla.

Editas Medicine -yhtiön tutkijat osoittivat ensin CRISPR-strategian turvallisuuden ja konseptin todisteen potilaan ihobiopsiasta otetuissa soluissa ja kädellisillä eläimillä.

Näiden tutkimusten perusteella muotoiltiin kaikkien aikojen ensimmäinen kliininen CRISPR-geeniterapiakokeilu ihmisellä. Tässä vaiheen 1 ja vaiheen 2 tutkimuksessa arvioidaan lopulta CRISPR-hoidon turvallisuutta ja tehoa 18:lla Leberin synnynnäistä amauroosia tyypin 10 potilaalla. Potilaat saavat annoksen terapiaa nukutuksessa, kun verkkokalvokirurgi ruiskuttaa CRISPR-entsyymiä ja nukleiinihappoja tähystimen, neulan ja ruiskun avulla silmän takaosaan lähelle fotoreseptoreita.

Varmistaakseen, että kokeilu toimii ja on turvallinen potilaille, kliiniseen tutkimukseen on rekrytoitu henkilöitä, joilla on taudin myöhäisvaihe ja joilla ei ole mitään toivoa näön palautumisesta. Lääkärit myös ruiskuttavat CRISPR-editointivälineitä vain yhteen silmään.

Uusi CEP290-geenihoitostrategia – Laboratoriossani meneillään olevassa hankkeessa keskitytään suunnittelemaan geenihoitomenetelmää samalle geenille CEP290. Toisin kuin CRISPR-lähestymistapa, joka voi kohdistua vain tiettyyn mutaatioon kerrallaan, ryhmäni kehittää lähestymistapaa, joka toimisi kaikkiin Leberin synnynnäisen amauroosin tyypin 10 CEP290-mutaatioihin.

Tässä lähestymistavassa käytetään lyhyempiä, mutta toimivia muotoja CEP290-proteiinista, jotka voidaan toimittaa fotoreseptoreihin kliiniseen käyttöön hyväksyttyjen virusten avulla.

Geeniterapia, jossa käytetään CRISPR:ää, lupaa pysyvää korjaantumista ja merkittävästi lyhennettyä toipumisaikaa. CRISPR-lähestymistavan haittapuolena on mahdollinen off-target-vaikutus, jossa solun DNA:n toista aluetta muokataan, mikä voi aiheuttaa ei-toivottuja sivuvaikutuksia, kuten syöpää. Uusien ja parannettujen strategioiden ansiosta tällainen todennäköisyys on kuitenkin hyvin pieni.

Vaikka CRISPR-tutkimus koskee tiettyä mutaatiota CEP290:ssä, pidän CRISPR-teknologian käyttöä kehossa jännittävänä ja jättimäisenä harppauksena. Tiedän, että tämä hoito on alkuvaiheessa, mutta se näyttää selvästi lupaavalta. Minun ja monien muiden tutkijoiden mielestä CRISPR-välitteinen terapeuttinen innovaatio on ehdottomasti valtavan lupaava.

Infrapunakuva ihmisestä ja koirasta. Saksalaiset ja sveitsiläiset tutkijat ovat osoittaneet, että he voivat antaa eläville hiirille tällaisen näkökyvyn.Joseph Giacomin/Getty Images

Muutakin tapaa torjua sokeutta – Saksalaiset ja sveitsiläiset tiedemiehet ovat Science-lehdessä juuri julkaistussa toisessa tutkimuksessa kehittäneet vallankumouksellisen tekniikan, jonka avulla hiirten ja ihmisten verkkokalvot pystyvät havaitsemaan infrapunasäteilyä. Tästä kyvystä voisi olla hyötyä potilaille, jotka kärsivät valoreseptorien ja näön menetyksestä.

Tutkijat demonstroivat tätä lähestymistapaa, joka on saanut innoituksensa käärmeiden ja lepakoiden kyvystä havaita lämpöä, varustamalla hiirten ja kuolemanjälkeisen ihmisen verkkokalvot proteiinilla, joka aktivoituu vasteena lämpöön. Infrapunavalo on lämpimien esineiden lähettämää valoa, joka on näkyvän spektrin ulkopuolella.

Lämpö lämmittää erityisesti suunniteltua kultahiukkasta, jonka tutkijat toivat verkkokalvolle. Tämä hiukkanen sitoutuu proteiiniin ja auttaa sitä muuntamaan lämpösignaalin sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten lähetetään aivoihin.

Tulevaisuudessa tarvitaan lisätutkimuksia, jotta voidaan virittää infrapunalle herkkien proteiinien kykyä eri valon aallonpituuksille, jotka parantavat myös jäljelle jäävää näköä.

Tätä lähestymistapaa testataan vielä eläimillä ja verkkokalvokudoksessa laboratoriossa. Mutta kaikki lähestymistavat viittaavat siihen, että voisi olla mahdollista joko palauttaa, parantaa tai tarjota potilaille muiden lajien käyttämiä näkökyvyn muotoja.

Tämän artikkelin on alun perin julkaissut The Conversation -sivustolla Hemant Khanna Massachusettsin yliopiston lääketieteellisestä tiedekunnasta. Lue alkuperäinen artikkeli täältä.

Jätä kommentti