Neu entwickeltes lichtempfindliches Protein stellt das Sehvermögen blinder Mäuse wieder her

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Ein neu entwickeltes lichtempfindliches Protein namens MCO1-Opsin stellt das Sehvermögen blinder Mäuse wieder her, wenn es gentherapeutisch an bipolare Netzhautzellen gebunden wird.

Das National Eye Institute, Teil der National Institutes of Health, gewährte Nanoscope, LLC ein Forschungsstipendium für Innovation in kleinen Unternehmen für die Entwicklung von MCO1. Das Unternehmen plant eine klinische Studie in den USA für Ende dieses Jahres.

Die Ergebnisse von Nanoscope, über die heute in Nature Gene Therapy berichtet wurde, zeigen, dass völlig blinde Mäuse – was bedeutet, dass sie keine Lichtwahrnehmung haben – nach der Behandlung eine signifikante Netzhautfunktion und Sehkraft wiedererlangen.

In dem Bericht beschriebene Studien zeigten, dass behandelte Mäuse in standardisierten visuellen Tests wie dem Navigieren durch Labyrinthe und dem Erkennen von Bewegungsänderungen signifikant schneller waren.

Opsine sind Proteine, die andere Zellen als Teil einer Signalkaskade signalisieren, die für die visuelle Wahrnehmung wesentlich ist. Bei einem normalen Auge werden Opsine von den Stab- und Zapfenphotorezeptoren in der Netzhaut exprimiert.

Bei Aktivierung durch Licht pulsieren die Photorezeptoren und senden ein Signal über andere Netzhautneuronen, den Sehnerv und weiter an Neuronen im Gehirn.

Eine Vielzahl häufiger Augenerkrankungen, einschließlich altersbedingter Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa, schädigen die Photorezeptoren und beeinträchtigen das Sehvermögen.

Während die Photorezeptoren möglicherweise nicht mehr vollständig funktionieren, bleiben andere Netzhautneuronen, einschließlich einer Klasse von Zellen, die als bipolare Zellen bezeichnet werden, intakt. Die Forscher identifizierten einen Weg für bipolare Zellen, um einen Teil der Arbeit beschädigter Photorezeptoren zu übernehmen.

“Das Schöne an unserer Strategie ist ihre Einfachheit”, sagte Dr. Samarendra Mohanty, Gründer von Nanoscope und korrespondierender Autor eines Berichts über die Mausstudie, die heute in Nature Gene Therapy erscheint.

“Bipolare Zellen sind den Photorezeptoren nachgeschaltet. Wenn also das MCO1-Opsin-Gen bipolaren Zellen in einer Netzhaut mit nicht funktionierenden Photorezeptoren hinzugefügt wird, wird die Lichtempfindlichkeit wiederhergestellt.”

Die Strategie könnte laut den Forschern Herausforderungen bewältigen, die von anderen Ansätzen zur Netzhautregeneration geplagt werden. Die Genersatztherapie hat bisher hauptsächlich bei seltenen Krankheiten funktioniert, bei denen Photorezeptoren intakt bleiben, wie beispielsweise Luxurna bei angeborener Leberamaurose.

Bionische Augen wie die Argus II-Netzhautprothese erfordern eine invasive Operation und tragbare Hardware. Andere Opsinersatztherapien erfordern die Intensivierung des Lichts, um die für die Signalübertragung erforderliche Schwelle zu erreichen.

Intensives Licht kann jedoch die Netzhaut weiter schädigen. Die Therapie des Nanoskops erfordert eine einmalige Injektion in das Auge und keine Hardware. MCO1 ist empfindlich gegenüber Umgebungslicht, sodass kein starkes Licht in das Auge scheint. Eine Therapie mit MCO1 könnte ein breiteres Spektrum degenerativer Netzhauterkrankungen behandeln, da ein Überleben der Photorezeptoren nicht erforderlich ist.

Die Forscher fanden keine Sicherheitsbedenken bei behandelten Mäusen. Die Untersuchung von Blut und Geweben ergab keine Anzeichen einer Entzündung aufgrund der Behandlung und die Therapie hatte keine Wirkung außerhalb des Ziels – nur bipolare Zellen exprimierten das MCO1-Opsin.

Im besten Fall könnte die Therapie den Patienten helfen, ein Sehvermögen von 20/60 zu erreichen, so die Forscher. Niemand weiß jedoch, wie sich das wiederhergestellte Sehvermögen mit dem normalen Sehvermögen vergleichen lässt.

“Eine klinische Studie an Menschen wird uns helfen zu verstehen, wie die Signalübertragung durch bipolare Zellen die Sehqualität beeinflusst. Zum Beispiel, wie gut behandelte Augen sich schnell bewegende Objekte erkennen können”, sagte Subrata Batabyal, Ph.D., Hauptautorin des Manuskripts . Die Therapie wird wahrscheinlich für die Behandlung von Patienten mit schwerer Netzhauterkrankung begrenzt sein.

Wenn sich dieser optogenetische Ansatz unter Verwendung von Zellen, die in der degenerierten Netzhaut geschont werden, bei der Wiederherstellung des Sehvermögens beim Menschen über die Lichtwahrnehmung hinaus als wirksam erweisen kann, könnte er eine wertvolle Alternative zum Ansatz der Netzhautprothese für Menschen mit Retinitis pigmentosa im Spätstadium darstellen. “

PaekGyu Lee, Ph.D., Programmverantwortlicher, Small Business Innovation Research-Programm, National Eye Institute

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Batabyal, S., et al. (2020) Die Sensibilisierung von ON-Bipolar-Zellen mit durch Umgebungslicht aktivierbarem, vielschichtigem Opsin rettet das Sehvermögen bei Mäusen. Gentherapie. doi.org/10.1038/s41434-020-00200-2.

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