Optogenetika, proteini iz algi i liječenje sljepoće

 Optogenetika je naziv za skup bioloških tehnika i pristupa koje uključuju uporabu svjetla s ciljem kontrole ili praćenja funkcije neurona modificiranih da eksprimiraju fotosenzitivne proteine (optičke senzore i optičke aktuatore). Optogenetičke metode najčešće se koriste u neuroznanosti, no u zadnjih nekoliko godina našle su svoju uporabu u nizu drugih područja, poput npr. kardiologije.

Studija objavljena u Natureu ovaj tjedan predstavlja prvi slučaj gdje su optogenetske metode djelomično oporavile vizualne funkcije slijepom pacijentu, što ih potencijalno čini pristupom koji u području ‘liječenja’ sljepoće najviše obećava.

Retinitis pigmentosa

Kliničko ispitivanje, koje i dalje traje, poduhvat je nastao iz suradnje Sveučilišta u Baselu i biotehnološke kompanije GenSight Biologics. U njemu sudjeluje 15 osoba koje boluju od bolesti retinitis pigmentosa (RP) – neurodegenerativne bolesti oka u kojoj gubitak fotoreceptora najčešće dovodi do potpune sljepoće. Radi se o nasljednoj bolesti, koju uzrokuju mutacije u više od 71 gena. Od nje boluje više od 2 milijuna ljudi diljem svijeta. 

Cilj ovog kliničkog ispitivanja bio je evaluirati sigurnost (primarno) i učinkovitost (sekundarno) pristupa metode optogenetske obnove vida. Ova metoda neovisna je o mutacijama koje RP uzrokuju i cilja vratiti vizualnu funkciju u kasnim stadijima bolesti, kad je vid izgubljen. Optogenetska obnova vida podrazumijeva da se pacijentima intravitrealnom injekcijom ubrizga optogenetički vektor te nošenje specifično izrađenih naočala.

Što je optogenetska obnova vida?

Optogenetski vektor protein je podrijetlom iz algi. Radi se o rodopsinu, što je naziv za fotoreceptorske proteine koji eksprimiraju svi organizmi od arhebakterija do ljudi. Budući da je u pitanju genski inženjering, zbog jednostavnosti proizvodnje u optogenetici se koriste proteini iz algi ili bakterija. Po strukturi, rodopsini su ionski kanali koji nakon stimulacije svjetlom mijenjaju svoj oblik, posreduju promet iona između neurona i izazivaju specifične biološke reakcije. 

Svjetlo koje u ovom pristupu mijenja strukturu rodopsina modulirano je specifičnim naočalama. One hvataju slike iz vizualnog svijeta te ih pomoću neuromorfne kamere pretvaraju u monokromatske slike koje se u stvarnom vremenu projiciraju na retinu kao 595-nm svjetlosni pulsevi.

Dakle, retinitis pigmentosa, u kojem propadaju fotoreceptori, mogla bi se, nadaju se znanstvenici, liječiti tako da se ljudski opsini genskom terapijom zamjenjuju algalnim ili bakterijskim opsinima. Naime, kod pacijenata koji boluju od RP gangliji koji šalju signale u mozak nisu oštećeni, te bi mogli slati sliku u mozak ako se na ranije navedeni način vrati aktivnost receptora.

Uspjeh kod jednog pacijenta

Specifično, u ovoj je studiji u fokusu 58-godišnji muškarac iz Francuske, koji je počeo gubiti vid prije 40 godina. Na početku eksperimenta mogao je osjetiti svjetlo, no nije mogao razaznati oblike. Nakon što je u lošije oko dobio injekciju algalnog opsina u virusnom vektoru, istraživači su čekali nekoliko mjeseci kako bi se željeni proteini počeli proizvoditi, te su ga učili kako se služiti specifičnim naočalama. Nakon nekoliko mjeseci, pacijent je rekao da je mogao vidjeti pruge na pješačkom prijelazu, a i prošao je neke laboratorijske testove poput toga da je mogao dotaknuti tamni objekt na bijelom stolu, prebrojavati objekte i slično, što bez naočala nije mogao. Kad su očitavali neuronalnu aktivnost EEG-om, istraživači su zamijetili pojačanu aktivnost u vizualnom korteksu. Što se tiče ostalih sudionika u ispitivanju, zbog pandemije koronavirusa nisu još stigli dobiti naočale i koristiti se njima, pa će vrijeme pokazati koliko je ova metoda učinkovita.

Što dalje?

GenSight Biologics nije jedina kompanija koja se bavi optogenetičkim mogućnostima terapije sljepoće. Ima jaku konkurenciju – RetroSense Therapeutics i Bionic Sight u svojim su priopćenjima za javnost naveli da se bave sličnim idejama i istraživanjima. Neki istraživači i kompanije rade i na nekim drugačijim metodama, koje su, u usporedbi s optogenetikom, nešto invazivnije. Uključuju implantiranje elektroda u oko, a nekoliko je ispitivanja provedeno na majmunima koristeći implantate u mozgu. Neovisno o tome koji pristup na kraju prevlada, sve se više čini kako postoji svjetlo na kraju tunela.