Біологи вбудували ген світлочутливого білка MCO1 в нейрони сітківки сліпих мишей і відновили їхній зір.
Дослідження опубліковане в журналі Gene Therapy.
Вчені упакували ген в вірусну частку і ін'єктували в очі мишам з пігментним ретинітом. Новий білок не викликав запальної відповіді і, на відміну від попередників, реагує на денне світло, а миші навчилися проходити тести з візуальними підказками.
У процесі сприйняття зорової інформації світлові промені фокусуються на сітківці ока, в якій знаходяться фоторецептори: колбочки і палички. Вони містять світлочутливі білки опсини, які реагують на потік фотонів і призводять до генерації нервового імпульсу в рецепторах. Цей імпульс передається на біполярні нейрони сітківки, а після сітківки йде в мозок.
Однак так добре сітківка працює не у всіх: у людей, хворих пігментним ретинітом (а їх близько півтора мільйонів), палички і колбочки перестають сприймати світло через мутації в генах світлочутливих опсинів. Це спадкове захворювання призводить до сильного погіршення зору, а часто - до повної сліпоти.
Ліки від пігментного ретиніту зараз застосовують тільки щоб зберегти функцію рецепторів, які ще працюють: наприклад, вітамін А. Для відновлення зору зараз доступні дорогі операції. Але недавно для лікування ретинопатії почали застосовувати методи оптогенетики: в обхід фоторецепторів вчені вмонтували світлочутливі білки прямо в нейрони сітківки, після чого вони почали реагувати на світло. Однак до сих пір генномодифіковані клітини реагували тільки на сильний сигнал: це вимагає спеціальних пристроїв для посилення денного світла.
Дослідники з компанії Nanoscope Technologies під керівництвом Самохендри Моханті впровадили в біполярні нейрони білок, який реагує на денне світло. Спочатку вчені створили фрагмент ДНК з генами мультіхарактерного опсина 1 (MCO1) і червоного флуоресцентного білка, щоб опсин підсвічували в клітинах. Цей фрагмент упакували в вірусний вектор - частку, яка втратила свої патогенні властивості і використовується для доставки і вмонтування генетичних конструкцій.
Вірусний вектор ін'єктували всередину ока миші, після чого фрагмент ДНК з двох генів вбудовувався в біполярні нейрони сітківки, і там синтезувався MCO1 зі світловим доважком. За допомогою мікроскопії вчені визначали в клітинах рівень світіння і кількість білка. Виявилося, що гени досягали піку роботи на четвертому тижні, після чого зберігали стабільний рівень.
Фото: vMCO1 в сітківці мишей (nature.com)
Щоб перевірити зір мишей після вмонтування, вчені давали їм завдання зі світловим лабіринтом: у водному басейні в темряві миші повинні були знайти суху платформу, яка підсвічувалася. Тест показав, що миші дійсно починають бачити платформу вже через 4-8 тижнів після ін'єкцій.
Також дослідники підтвердили, що рівень факторів запалення через чотири тижні після ін'єкції залишався таким же, як і до неї. Аналіз органів мишей показав або повну відсутність, або залишкову кількість векторної ДНК поза очима мишей, а в очах флуоресціюючий білок локалізувався саме в біполярних нейронах.
Фото: рівні векторної ДНК в нецільових органах мишей (nature.com)
Можливо, результати генної терапії сітківки мишей після клінічних випробувань можна буде адаптувати і для людини. Тоді для лікування сліпоти не будуть потрібні ні дорогі операції, ні девайси для посилення сигналу - а тільки одна або кілька ін'єкцій.
Як повідомляв Realist, раніше вчені побачили в рибах Даніо-реріо потенціал для лікування сліпоти у людей.
