Naukowcy zmierzają w kierunku leczenia ślepoty

W ostatnich miesiącach, nawet gdy nasza uwaga skupiała się na epidemii koronawirusa, nastąpił szereg przełomów naukowych w leczeniu chorób powodujących ślepotę.

Badacze z amerykańskiej firmy Editas Medicine i irlandzkiej firmy Allergan po raz pierwszy zastosowali metodę CRISPR u osoby z chorobą genetyczną. W tym przełomowym zabiegu zastosowano metodę CRISPR w odniesieniu do konkretnej mutacji w genie związanym ze ślepotą u dzieci. Mutacja wpływa na funkcjonowanie światłoczułego przedziału oka, zwanego siatkówką, i prowadzi do utraty komórek światłoczułych.

Według Światowej Organizacji Zdrowia co najmniej 2,2 miliarda ludzi na świecie ma jakąś formę upośledzenia wzroku. W Stanach Zjednoczonych około 200 000 osób cierpi na dziedziczne formy chorób siatkówki, na które nie ma lekarstwa. Ale sytuacja zaczęła się zmieniać na dobre. Teraz widzimy światło na końcu tunelu.

Jestem badaczem w dziedzinie okulistyki i nauk o wzroku i jestem szczególnie zainteresowany tymi postępami, ponieważ moje laboratorium koncentruje się na projektowaniu nowych i ulepszonych metod terapii genowej w celu leczenia dziedzicznych form ślepoty.

Oko jako poligon doświadczalny dla CRISPR – Terapia genowa polega na wprowadzeniu prawidłowej kopii genu do komórek, które mają błąd w sekwencji genetycznej tego genu, przywracając normalną funkcję białka w komórce. Oko jest idealnym organem do testowania nowych metod terapeutycznych, w tym CRISPR. Dzieje się tak dlatego, że oko jest najbardziej odsłoniętą częścią naszego mózgu, a zatem jest łatwo dostępne.

Drugim powodem jest to, że tkanka siatkówki w oku jest osłonięta przed mechanizmami obronnymi organizmu, które w przeciwnym razie uznałyby wstrzyknięty materiał stosowany w terapii genowej za obcy i przeprowadziłyby atak obronny. Taka reakcja zniszczyłaby korzyści związane z leczeniem.

W ostatnich latach przełomowe badania nad terapią genową utorowały drogę do pierwszego w historii zatwierdzonego przez Food and Drug Administration leku do terapii genowej, Luxturna TM, przeznaczonego do leczenia wyniszczającej dziecięcej choroby ślepoty, wrodzonej amaurozy Lebera typu 2.

Ta postać wrodzonej amaurozy Lebera jest spowodowana mutacjami w genie, który koduje białko zwane RPE65. Białko to bierze udział w reakcjach chemicznych, które są potrzebne do wykrywania światła. Mutacje zmniejszają lub eliminują funkcję RPE65, co prowadzi do naszej niezdolności do wykrywania światła – ślepoty.

Metoda leczenia opracowana jednocześnie przez grupy na Uniwersytecie Pensylwanii oraz w University College London i Moorefields Eye Hospital polegała na wprowadzeniu zdrowej kopii zmutowanego genu bezpośrednio do przestrzeni pomiędzy siatkówką a nabłonkiem barwnikowym siatkówki, tkanką znajdującą się za siatkówką, gdzie zachodzą reakcje chemiczne. Ten gen pomógł komórce nabłonka barwnikowego siatkówki wyprodukować brakujące białko, które jest dysfunkcyjne u pacjentów.

Ale chociaż leczone oczy wykazały poprawę widzenia, mierzoną zdolnością pacjenta do poruszania się po torze przeszkód przy różnych poziomach oświetlenia, nie jest to stała poprawka. Jest to spowodowane brakiem technologii, które mogą naprawić zmutowany kod genetyczny w DNA komórek pacjenta.

Nowa technologia do usuwania mutacji – Ostatnio naukowcy rozwijają potężne nowe narzędzie, które przesuwa biologię i inżynierię genetyczną do następnej fazy. Ta przełomowa technologia edycji genów, zwana CRISPR, umożliwia naukowcom bezpośrednią edycję kodu genetycznego komórek w oku i skorygowanie mutacji powodującej chorobę.

Dzieci cierpiące na chorobę Lebera wrodzonej amaurozy typu 10 znoszą postępującą utratę wzroku rozpoczynającą się już w pierwszym roku życia. Ta specyficzna forma wrodzonej amaurozy Lebera jest spowodowana zmianą w DNA, która wpływa na zdolność genu – zwanego CEP290 – do tworzenia kompletnego białka. Utrata białka CEP290 wpływa na przetrwanie i funkcjonowanie naszych komórek wyczuwających światło, zwanych fotoreceptorami.

Jedną ze strategii leczenia jest dostarczenie pełnej formy genu CEP290 przy użyciu wirusa jako nośnika. Ale gen CEP290 jest zbyt duży, aby mógł być ładunkiem dla wirusów. Potrzebne było więc inne podejście. Jedną ze strategii było naprawienie mutacji przy użyciu CRISPR.

Naukowcy z Editas Medicine po raz pierwszy wykazali bezpieczeństwo i dowód słuszności koncepcji strategii CRISPR w komórkach pobranych z biopsji skóry pacjenta oraz u zwierząt naczelnych.

Badania te doprowadziły do sformułowania pierwszego w historii badania klinicznego terapii genowej CRISPR u ludzi. Ta faza 1 i faza 2 badania ostatecznie oceni bezpieczeństwo i skuteczność terapii CRISPR u 18 pacjentów z wrodzoną amaurozą Lebera typu 10. Pacjenci otrzymują dawkę terapii w znieczuleniu, kiedy chirurg siatkówki używa lunety, igły i strzykawki, aby wstrzyknąć enzym CRISPR i kwasy nukleinowe w tylną część oka w pobliżu fotoreceptorów.

Aby upewnić się, że eksperyment działa i jest bezpieczny dla pacjentów, w badaniu klinicznym rekrutowano osoby z późnym stadium choroby i bez nadziei na odzyskanie wzroku. Lekarze wstrzykują również narzędzia do edycji CRISPR tylko do jednego oka.

Nowa strategia terapii genowej CEP290 – Projekt realizowany w moim laboratorium skupia się na zaprojektowaniu podejścia do terapii genowej dla tego samego genu CEP290. W przeciwieństwie do podejścia CRISPR, które może być ukierunkowane tylko na konkretną mutację w jednym czasie, mój zespół opracowuje podejście, które będzie działać dla wszystkich mutacji CEP290 w Leber congenital amaurosis typu 10.

Podejście to obejmuje wykorzystanie krótszych, ale funkcjonalnych form białka CEP290, które mogą być dostarczane do fotoreceptorów za pomocą wirusów zatwierdzonych do użytku klinicznego.

Terapia genowa, która obejmuje CRISPR obiecuje trwałą poprawkę i znacznie skrócony okres rekonwalescencji. Wadą podejścia CRISPR jest możliwość wystąpienia efektu off-target, w którym edytowany jest inny region DNA komórki, co może powodować niepożądane skutki uboczne, takie jak rak. Jednak nowe i ulepszone strategie sprawiły, że takie prawdopodobieństwo jest bardzo niskie.

Ale chociaż badanie CRISPR dotyczy konkretnej mutacji w CEP290, uważam, że zastosowanie technologii CRISPR w organizmie jest ekscytujące i stanowi ogromny skok. Wiem, że to leczenie jest we wczesnej fazie, ale to pokazuje wyraźną obietnicę. W moim umyśle, jak również w umysłach wielu innych naukowców, innowacje terapeutyczne oparte na technologii CRISPR absolutnie mają ogromną obietnicę.

Zdjęcie człowieka i psa w podczerwieni. Niemieccy i szwajcarscy naukowcy wykazali, że mogą obdarzyć żywe myszy tego typu widzeniem.Joseph Giacomin/Getty Images

Więcej sposobów na walkę ze ślepotą – W innym badaniu, o którym właśnie poinformowano w czasopiśmie Science, niemieccy i szwajcarscy naukowcy opracowali rewolucyjną technologię, która umożliwia myszom i ludzkim siatkówkom wykrywanie promieniowania podczerwonego. Zdolność ta może być przydatna dla pacjentów cierpiących na utratę fotoreceptorów i wzroku.

Badacze zademonstrowali to podejście, zainspirowane zdolnością węży i nietoperzy do widzenia ciepła, obdarzając siatkówki myszy i ludzi pośmiertnie białkiem, które staje się aktywne w odpowiedzi na ciepło. Światło podczerwone to światło emitowane przez ciepłe obiekty, które znajduje się poza spektrum widzialnym.

Ciepło ogrzewa specjalnie zaprojektowaną cząsteczkę złota, którą badacze wprowadzili do siatkówki. Ta cząstka wiąże się z białkiem i pomaga mu przekształcić sygnał cieplny w sygnały elektryczne, które są następnie wysyłane do mózgu.

W przyszłości, więcej badań jest potrzebnych, aby podrasować zdolność białek wrażliwych na podczerwień do różnych długości fal światła, które również wzmocnią pozostałą wizję.

To podejście jest nadal testowane na zwierzętach i w tkance siatkówki w laboratorium. Jednak wszystkie podejścia sugerują, że może być możliwe przywrócenie, wzmocnienie lub zapewnienie pacjentom form widzenia używanych przez inne gatunki.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Hemanta Khanna z University of Massachusetts Medical School. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.

Dodaj komentarz