Przywracanie wzroku osobom, które utraciły go w wyniku dziedzicznej choroby siatkówki, może stać się możliwe dzięki połączeniu terapii genowej i zaawansowanej elektroniki. W eksperymentalnym badaniu z udziałem 10 pacjentów naukowcy zastosowali jednorazowe wstrzyknięcie do oka oraz specjalne gogle przetwarzające obraz na impulsy świetlne. U części uczestników poprawiła się zdolność wykrywania przedmiotów, określania ich położenia i sięgania po nie. To ważny krok w badaniach nad leczeniem ślepoty, choć do odzyskania normalnego widzenia nadal daleka droga.
Przywracanie wzroku dzięki terapii genowej i specjalnym goglom
Utrata wzroku może przebiegać stopniowo. Początkowo pojawiają się trudności z widzeniem po zmroku, później pole widzenia zaczyna się zawężać, aż w zaawansowanym stadium choroby codzienne funkcjonowanie staje się wyjątkowo trudne.
Tak może wyglądać przebieg zwyrodnienia barwnikowego siatkówki, czyli retinitis pigmentosa.
Naukowcy od lat szukają sposobów na zatrzymanie tej choroby, a także na częściowe przywrócenie zdolności widzenia osobom, u których doszło już do poważnego uszkodzenia fotoreceptorów.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie „The New England Journal of Medicine” pokazuje, że interesującym rozwiązaniem może być terapia optogenetyczna.
Metoda wykorzystuje połączenie zmodyfikowanego wirusa, białka reagującego na światło oraz specjalnych gogli wyposażonych w kamerę i projektor.
W badaniu uczestniczyło 10 osób z głębokim obustronnym upośledzeniem wzroku.
Choć nie wszyscy uzyskali poprawę, u części pacjentów zaobserwowano wyraźne zmiany w zdolności reagowania na bodźce świetlne i wykrywania przedmiotów.
Czym jest zwyrodnienie barwnikowe siatkówki?
Zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, określane również jako retinitis pigmentosa, to grupa dziedzicznych chorób prowadzących do postępującego pogorszenia wzroku.
Ich wspólną cechą jest uszkadzanie fotoreceptorów.
Są to wyspecjalizowane komórki siatkówki odpowiedzialne za wykrywanie światła i rozpoczynanie procesu przekształcania go w sygnały nerwowe.
W przebiegu choroby komórki te stopniowo tracą zdolność prawidłowego działania.
Jednym z pierwszych objawów często jest pogorszenie widzenia nocnego.
Później może pojawiać się zawężenie pola widzenia, określane potocznie jako widzenie tunelowe.
W zaawansowanych przypadkach choroba prowadzi do bardzo poważnego upośledzenia wzroku, a nawet ślepoty.
Przebieg schorzenia jest jednak zróżnicowany. Objawy mogą wystąpić zarówno w dzieciństwie, jak i w późniejszym okresie życia.
Ponad 100 genów może odpowiadać za chorobę
Jednym z największych problemów w leczeniu retinitis pigmentosa jest jej różnorodne podłoże genetyczne.
Naukowcy zidentyfikowali zmiany w ponad 100 genach, które mogą prowadzić do rozwoju tej grupy chorób.
Oznacza to, że opracowanie jednej terapii naprawiającej konkretną mutację nie wystarczy do leczenia wszystkich pacjentów.
Dodatkowo choroba może występować u osób, które nie mają znanych przypadków podobnych problemów ze wzrokiem w rodzinie.
Właśnie dlatego badacze poszukują metod, które nie muszą być dopasowywane do jednej określonej przyczyny genetycznej.
Takim podejściem jest optogenetyka.
Terapia optogenetyczna daje komórkom nową funkcję
Optogenetyka polega na wykorzystaniu białek wrażliwych na światło do kontrolowania aktywności określonych komórek.
W przypadku leczenia chorób siatkówki chodzi o nadanie pozostałym komórkom nerwowym zdolności reagowania na światło.
To zasadnicza różnica w porównaniu z terapiami próbującymi naprawić pierwotną mutację genetyczną.
Nowa metoda nie musi odtwarzać wszystkich utraconych fotoreceptorów.
Zamiast tego wykorzystuje komórki, które przetrwały rozwój choroby.
Badacze chcą sprawić, aby mogły one reagować na bodźce świetlne i przekazywać odpowiednie sygnały do mózgu.
Naukowcy wykorzystali białko ChrimsonR
W eksperymencie zastosowano białko o nazwie ChrimsonR.
Jest ono wrażliwe na światło o odpowiedniej długości fali.
Aby komórki siatkówki zaczęły je wytwarzać, naukowcy wykorzystali zmodyfikowany wirus pełniący funkcję nośnika materiału genetycznego.
Taki nośnik określa się mianem wektora wirusowego.
Jego zadaniem jest dostarczenie instrukcji potrzebnych komórkom do produkcji określonego białka.
W tym przypadku materiał genetyczny skierowano do komórek zwojowych siatkówki.
Są to komórki nerwowe, których wypustki tworzą nerw wzrokowy i przekazują sygnały do mózgu.
Dzięki terapii część z nich mogła uzyskać nową zdolność reagowania na światło.
Każdy pacjent otrzymał pojedynczy zastrzyk do oka
Badanie objęło 10 osób z bardzo poważnym uszkodzeniem wzroku w obu oczach.
Każdemu uczestnikowi podano jedno wstrzyknięcie terapii genowej do oka o gorszym widzeniu.
Wektor wirusowy miał dostarczyć komórkom siatkówki instrukcje dotyczące produkcji białka ChrimsonR.
Nie oznaczało to jednak, że po samym zastrzyku pacjenci mogli normalnie widzieć.
Białko reaguje na określony rodzaj stymulacji świetlnej.
Dlatego potrzebny był jeszcze specjalny system, który przekształca obraz otoczenia w odpowiednie sygnały.
Właśnie tę funkcję pełniły eksperymentalne gogle.
Jak działają gogle pomagające odzyskać wzrok?
Urządzenie przypomina rozbudowane okulary wyposażone w kamerę i system elektroniczny.
Kamera rejestruje otoczenie, a procesor analizuje zmiany jasności obrazu.
Następnie przekształca je we wzory światła o odpowiedniej długości fali.
W eksperymencie wykorzystywano bursztynowe światło, na które reaguje białko ChrimsonR.
Wzory świetlne były kierowane na siatkówkę przez projektor umieszczony w goglach.
Jeśli terapia genowa doprowadziła do wytworzenia odpowiedniej ilości białka, światło mogło aktywować zmodyfikowane komórki nerwowe.
Te z kolei mogły przekazywać sygnały do mózgu.
W ten sposób powstawała możliwość częściowego odzyskania reakcji wzrokowej.
Gogle dostosowują się do warunków oświetlenia
Jednym z istotnych elementów urządzenia jest możliwość dostosowywania obrazu do otoczenia.
Gogle nie wyświetlają po prostu zwykłego obrazu z kamery.
Przetwarzają informacje o jasności w taki sposób, aby uzyskać sygnał odpowiedni do stymulacji komórek wyposażonych w ChrimsonR.
System może również reagować na zmiany warunków oświetleniowych.
To ważne, ponieważ ilość światła docierającego do kamery może znacząco różnić się w zależności od otoczenia.
Odpowiednie przetwarzanie obrazu pozwala utrzymać stymulację bardziej dopasowaną do możliwości zmodyfikowanej siatkówki.
Pacjenci musieli nauczyć się korzystać z nowego sposobu widzenia
Samo zastosowanie terapii genowej i założenie gogli nie wystarczało.
Uczestnicy przechodzili sesje treningowe, podczas których uczyli się interpretować nowe bodźce.
To zrozumiałe, ponieważ sztucznie wytwarzane wzory świetlne nie odpowiadają dokładnie obrazowi, jaki powstaje w zdrowym oku.
Mózg musi nauczyć się wykorzystywać informacje dostarczane przez urządzenie.
Podczas testów nieleczone oko uczestnika było zasłonięte.
Dzięki temu badacze mogli oceniać reakcje związane z okiem poddanym terapii.
Eksperyment miał przede wszystkim sprawdzić bezpieczeństwo nowego leczenia, ale naukowcy analizowali również jego potencjalną skuteczność.
U siedmiu pacjentów poprawiła się wrażliwość na światło
Jednym z podstawowych pomiarów był próg wykrywania światła.
Naukowcy sprawdzali, jak słaby bodziec uczestnik potrafił zauważyć przez specjalne gogle.
Porównywano wyniki uzyskane przed terapią i po jej zastosowaniu.
U siedmiu z dziesięciu uczestników zaobserwowano zwiększenie wrażliwości na światło.
Skala poprawy była bardzo zróżnicowana.
U niektórych osób czułość wzrosła około dwukrotnie.
U innych poprawa sięgała nawet 62 razy.
To pokazuje, że odpowiedź na terapię mogła znacznie różnić się między pacjentami.
Sześć osób osiągnęło co najmniej czterokrotną poprawę
Badacze zwrócili szczególną uwagę na uczestników, u których zwiększenie wrażliwości na światło było większe.
U sześciu osób odnotowano poprawę około czterokrotną lub większą.
Zespół uznał taką zmianę za klinicznie istotną.
Istnieje jednak ważne zastrzeżenie.
Próg ten oparto na wcześniejszych badaniach i nie określono go z góry w protokole eksperymentu.
Oznacza to, że wynik należy interpretować ostrożnie.
W małym badaniu, w którym kryteria oceny są ustalane po rozpoczęciu analiz, łatwiej o zawyżenie znaczenia obserwowanych efektów.
Dlatego konieczne będą kolejne eksperymenty z wcześniej określonymi zasadami oceny skuteczności.
Przywracanie wzroku sprawdzano podczas prostych czynności
Poprawa wrażliwości na światło nie oznacza automatycznie zdolności rozpoznawania przedmiotów.
Dlatego naukowcy przygotowali również testy praktyczne.
Uczestnicy mieli wykrywać, lokalizować i dotykać przedmiotów umieszczonych przed nimi.
Wykorzystywano między innymi notes, niewielkie pudełko ze zszywkami oraz pasek, którego położenie należało rozpoznać.
Testy przeprowadzano zarówno z goglami, jak i bez nich.
Dzięki temu można było sprawdzić, czy urządzenie rzeczywiście pomaga w wykonywaniu prostych zadań wymagających informacji wzrokowej.
Cztery osoby konsekwentnie lepiej wykrywały przedmioty
W testach z przedmiotami uczestniczyło osiem osób.
U czterech z nich stwierdzono powtarzalną poprawę podczas wykrywania notesu przy użyciu gogli.
Lepsze wyniki obserwowano w kolejnych sesjach odbywających się przez okres od około roku do półtora roku.
Pozostali uczestnicy nie wykazywali trwałej, konsekwentnej poprawy w tych zadaniach.
To ważny rezultat, ponieważ pokazuje zarówno potencjał metody, jak i jej ograniczenia.
Nie wszyscy pacjenci reagowali na terapię w podobny sposób.
Co więcej, kryteriów klasyfikacji uczestników jako osób odpowiadających na leczenie nie ustalono wcześniej.
Dlatego wyniki funkcjonalne należy traktować jako obiecujące, ale wstępne.
Dlaczego jedni pacjenci reagowali lepiej od innych?
Naukowcy wskazują kilka możliwych przyczyn różnic.
Pierwsza dotyczy skuteczności dostarczania materiału genetycznego do komórek siatkówki.
Nie wiadomo, czy u wszystkich uczestników wektor wirusowy dotarł do podobnej liczby komórek.
Drugim czynnikiem może być liczba komórek nerwowych, które przetrwały rozwój choroby.
Jeśli siatkówka została bardzo poważnie uszkodzona, możliwości terapii mogą być ograniczone.
Znaczenie może mieć również umiejętność korzystania z gogli.
System wymaga nauki i odpowiedniej interpretacji nowych sygnałów.
Badacze zauważyli, że lepsze wyniki wiązały się z większą liczbą sesji treningowych, ale dane nie pozwoliły jednoznacznie potwierdzić tej zależności.
Aktywność mózgu potwierdziła odbieranie sygnałów
Naukowcy zastosowali także pomiary aktywności mózgu.
U pięciu wybranych uczestników wykonano badania pozwalające sprawdzić, czy bodźce świetlne wywołują reakcje w obszarach związanych z przetwarzaniem informacji wzrokowej.
Wyniki wskazały, że sygnały generowane przez terapię i gogle mogą docierać do mózgu.
Czterech z tych pięciu uczestników wykazało już wcześniej poprawę w testach behawioralnych.
To dodatkowy argument przemawiający za tym, że obserwowane reakcje nie były wyłącznie przypadkowymi zachowaniami.
Jednocześnie liczba analizowanych osób była niewielka, a część oszacowań statystycznych pozostawała niepewna.
Dlatego również te wyniki wymagają potwierdzenia.
Czy eksperymentalna terapia była bezpieczna?
Jednym z głównych celów badania była ocena bezpieczeństwa.
Naukowcy odnotowali 34 zdarzenia niepożądane dotyczące oczu u dziewięciu uczestników.
Większość miała nasilenie łagodne lub umiarkowane.
U siedmiu pacjentów pojawił się stan zapalny wewnątrz oka.
Po zastosowaniu leczenia zapalenie ustąpiło bez trwałych następstw.
Odnotowano również jedno poważne zdarzenie dotyczące oka.
Bezpośrednio po podaniu terapii doszło do przejściowego zamknięcia tętnicy środkowej siatkówki.
Problem ustąpił w ciągu kilku minut po zastosowaniu leczenia.
Choć zdarzenie nie doprowadziło do trwałych następstw opisanych w materiale, pokazuje, że procedura nie jest pozbawiona ryzyka.
Odnotowano również ogólnoustrojowe działania niepożądane
Badacze zarejestrowali ponadto 70 ogólnoustrojowych zdarzeń niepożądanych.
Sześć z nich miało ciężki charakter.
Po ocenie przeprowadzonej pod nadzorem komisji monitorującej dane i bezpieczeństwo uznano, że żadne z tych zdarzeń nie było związane z terapią genową ani samym wstrzyknięciem.
Trzy łagodne zdarzenia ogólnoustrojowe powiązano natomiast z korzystaniem z gogli.
Autorzy ocenili ogólny profil bezpieczeństwa jako zachęcający.
Trzeba jednak pamiętać, że w badaniu uczestniczyło zaledwie 10 osób.
Tak niewielka grupa nie pozwala wykluczyć rzadszych działań niepożądanych, które mogłyby pojawić się podczas szerszego stosowania terapii.
Niektórzy pacjenci byli obserwowani przez pięć lat
Dużą zaletą badania był stosunkowo długi okres obserwacji części uczestników.
Cztery osoby ukończyły pięcioletnią obserwację.
Kilku innych pacjentów monitorowano przez okres od dwóch do około czterech i pół roku.
Dwie osoby zakończyły udział w badaniu wcześniej.
Dzięki temu naukowcy mogli przyjrzeć się nie tylko wczesnym reakcjom po zastosowaniu terapii, ale również części długoterminowych wyników.
Nie oznacza to jednak, że dla wszystkich uczestników dostępne były równie kompletne dane.
Badanie rozwija wyniki eksperymentu z 2021 roku
Nowa publikacja stanowi rozwinięcie wcześniejszych badań nad terapią optogenetyczną.
W 2021 roku naukowcy przedstawili wyniki dotyczące jednego pacjenta, u którego po zastosowaniu terapii genowej i gogli zaobserwowano częściowe odzyskanie zdolności wykrywania przedmiotów.
Ta osoba została również uwzględniona w obecnej analizie.
Najnowsze badanie pozwala więc spojrzeć na metodę szerzej.
Pokazuje, że podobne reakcje mogą występować także u innych uczestników.
Jednocześnie ujawnia wyraźną zmienność wyników.
Część pacjentów uzyskała poprawę, ale u innych nie stwierdzono stabilnych korzyści funkcjonalnych.
Terapia nadal ma istotne ograniczenia
Naukowcy podkreślają, że obecna metoda nie zapewnia normalnego widzenia.
Nie pozwala jeszcze odzyskiwać wszystkich szczegółów otoczenia ani swobodnie wykonywać czynności wymagających precyzyjnego wzroku.
Jednym z najważniejszych ograniczeń pozostaje brak możliwości rozpoznawania twarzy i czytania.
Uczestnicy, którzy uzyskali poprawę, mogli lepiej wykrywać określone przedmioty i ustalać ich położenie.
To cenna zdolność dla osoby z głębokim upośledzeniem wzroku, ale nadal daleka od naturalnego widzenia.
Badacze chcą zwiększyć czułość stosowanego czujnika optogenetycznego.
Pracują również nad ograniczeniami związanymi z przetwarzaniem obrazu przez gogle.
Dlaczego potrzebne są większe badania?
Dotychczasowe wyniki nie pozwalają jeszcze określić pełnej skuteczności terapii.
Eksperyment nie był randomizowany.
Nie uwzględniał także grupy kontrolnej.
Oznacza to, że nie można z taką samą pewnością jak w dobrze zaprojektowanym badaniu porównawczym oddzielić działania terapii od innych czynników.
Dodatkowo część kryteriów oceny poprawy nie została ustalona przed rozpoczęciem eksperymentu.
Badanie finansowała firma GenSight Biologics, która uczestniczyła również w jego projektowaniu i zarządzaniu danymi.
Nie przekreśla to wyników, ale jest ważną informacją przy ocenie jakości dowodów.
Kolejne badania powinny objąć większą liczbę pacjentów, odpowiednie grupy porównawcze oraz wcześniej określone kryteria skuteczności.
Przywracanie wzroku może nie wymagać naprawy każdej mutacji
Jednym z najważniejszych aspektów nowego podejścia jest jego potencjalna niezależność od konkretnego defektu genetycznego.
Retinitis pigmentosa może być wywoływana przez zmiany w ponad 100 genach.
Opracowywanie oddzielnej terapii dla każdej mutacji byłoby niezwykle trudnym zadaniem.
Optogenetyka proponuje inne rozwiązanie.
Zamiast naprawiać pierwotną przyczynę choroby, wykorzystuje komórki nerwowe, które nadal znajdują się w siatkówce.
Dostarczenie im białka reagującego na światło może częściowo przywrócić zdolność odbierania informacji wzrokowej.
To właśnie ta cecha sprawia, że metoda budzi tak duże zainteresowanie.
Nie oznacza to jednak, że będzie skuteczna u wszystkich osób z dziedzicznymi chorobami siatkówki.
Duże znaczenie może mieć stopień zaawansowania uszkodzeń oraz liczba zachowanych komórek.
Terapia genowa i elektronika mogą współpracować
W ostatnich latach medycyna coraz częściej korzysta z rozwiązań łączących biologię i zaawansowane technologie.
Omawiane badanie jest dobrym przykładem takiego podejścia.
Terapia genowa odpowiada za przygotowanie komórek do odbierania nowych bodźców świetlnych.
Gogle przechwytują obraz otoczenia i przekształcają go w sygnały dopasowane do działania białka ChrimsonR.
Mózg pacjenta musi następnie nauczyć się interpretować otrzymywane informacje.
Każdy element jest więc potrzebny do działania całego systemu.
Sama terapia genowa nie dostarcza jeszcze pełnego obrazu, a same gogle nie wystarczą bez odpowiednio przygotowanych komórek siatkówki.
Przywracanie wzroku u niewidomych staje się coraz bardziej realnym kierunkiem badań
Najnowszy eksperyment pokazuje zarówno potencjał optogenetyki, jak i skalę wyzwań stojących przed naukowcami.
U siedmiu z dziesięciu uczestników wzrosła wrażliwość na światło.
U sześciu poprawa wyniosła około czterokrotnie lub więcej, a w najbardziej wyraźnym przypadku sięgnęła nawet 62 razy.
W testach praktycznych czterech z ośmiu uczestników konsekwentnie lepiej wykrywało przedmioty przy użyciu specjalnych gogli.
Jednocześnie terapia nie przywróciła naturalnego widzenia, a wyniki pozostawały zróżnicowane.
Badanie było niewielkie, nie miało grupy kontrolnej i wykazało również zdarzenia niepożądane wymagające uwagi.
Mimo tych ograniczeń wyniki pokazują, że przywracanie wzroku poprzez nadanie ocalałym komórkom siatkówki nowych właściwości może być obiecującym kierunkiem rozwoju leczenia.
Dla osób, które utraciły niemal całą zdolność widzenia, możliwość ponownego zauważenia przedmiotu i określenia jego położenia może mieć duże znaczenie.
Do rozpoznawania twarzy, czytania i samodzielnego poruszania się wyłącznie dzięki odzyskanemu wzrokowi nadal daleka droga.
Ale naukowcy pokazali, że nawet bardzo uszkodzona siatkówka może w określonych warunkach ponownie zacząć dostarczać mózgowi użytecznych informacji o otoczeniu.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie The New England Journal of Medicine .