Naukowcy ze Stanford przywracają wzrok myszom niewidomym dzięki terapii genowej

W laboratorium medycznym w Stanford wydarzyło się coś niesamowitego. Myszy, które stały się ślepe na skutek uszkodzenia nerwu wzrokowego, zostały przeszkolone, aby ponownie widzieć poprzez kombinację terapii genowej i stymulacji wzrokowej. Jest to pierwszy raz, kiedy zerwane połączenia między okiem a mózgiem zostały z powodzeniem przywrócone u ssaka i mogą dać nadzieję ludziom z wieloma różnymi urazami i chorobami oczu, w tym jaskrą.

„Jestem bardzo optymistycznie nastawiony, że w ciągu następnych pięciu lat będziemy mieli pewne leczenie, które może nie być całkowitym przywróceniem wzroku, ale niektóre leczenie ślepoty w wielu ważnych warunkach”, Andrew Huberman, starszy autor badania, mówi Odwrotność. Wyniki badania na myszach opublikowano w poniedziałek Natura Neuroscience.

Oto, co zrobił zespół Hubermana. W eksperymencie wzięło udział prawie 100 myszy; naukowcy „wywołali ślepotę” w jednym oku, wykonując nacięcie chirurgiczne i ściskając nerw wzrokowy kleszczami. W przeciwieństwie do komórek w innych częściach ciała, komórki nerwowe centralnego układu nerwowego nie regenerują się naturalnie. Jest to podobne do sposobu uszkodzenia rdzenia kręgowego i udarów prowadzących do trwałego upośledzenia fizycznego; neurony, które łączą oko z mózgiem w ten sam sposób.

Po tym, jak myszy stały się funkcjonalnie ślepe, naukowcy zaczęli bawić się sposobami stymulowania odrastania neuronów. Niektóre myszy otrzymywały wirusową terapię genową - do ich oczu wstrzyknięto wirusa, ale zamiast być szkodliwym, wirus ten dostarczał fragment DNA zaprojektowany w celu stymulowania wzrostu komórek docelowych. Ta metoda działała… jakby. Aksony nerwowe wykazywały pewien wzrost w kierunku mózgu, ale niewystarczający do ponownego nawiązania połączenia. Myszy były tak ślepe, jak bez leczenia.

Inna grupa myszy otrzymała nieinwazyjną terapię stymulacji wzrokowej. Zostały umieszczone w „rodzaju kina IMAX dla myszy”, mówi Huberman, gdzie przez kilka godzin dziennie pokazywano im ruchome paski czerni i bieli. Chodzi o to, że neurony nie odrastają, chyba że przepływają przez nie impulsy elektryczne. Ta intensywna stymulacja powinna teoretycznie zachęcać aksony do wypychania poza miejsce uszkodzenia i do mózgu. Wyniki? Meh - terapia trochę działała, ale nie do końca. Myszy, które otrzymały to leczenie, wykazywały tyle samo odrostów nerwowych, co te, które otrzymały terapię genową.

Magia zdarzyła się, gdy naukowcy połączyli dwie terapie. „Widzieliśmy ogromny efekt synergiczny”, mówi Huberman. „Odnotowano 500-krotny wzrost odległości i prędkości, które rosły aksony komórek zwojowych siatkówki. W tym samym czasie, w którym normalnie nie wzrosną, udało im się wyrosnąć z powrotem do mózgu. To było naprawdę niesamowite, a kiedy to zobaczyliśmy, nawet w to nie wierzyliśmy. Ale powtórzyliśmy to kilka razy na co najmniej 20 myszach, a także potwierdziliśmy to za pomocą różnych eksperymentów kontrolnych i teraz ufamy temu wynikowi. ”

A oto niesamowita część: Te myszy znów widziały. Ich wizja nie została w pełni przywrócona, ale była na tyle dobra, że ​​mogli dostrzec rosnący cień, naśladując zbliżającego się drapieżnika i odpowiednio zareagować, uciekając o osłonę. Byłby to funkcjonalny odpowiednik u ludzi polegający na przejściu od całkowicie ślepego do tego, by móc dostrzec duże przedmioty i ich pozycję w pokoju, mówi Huberman.

Innym ważnym pytaniem badawczym było pytanie, czy jeśli odrastanie neuronów może być stymulowane, neurony te wzrastają we właściwym kierunku i łączą się z właściwym miejscem w mózgu. „Czy to możliwe, że neurony nie regenerują się, ponieważ lepiej nie mieć połączeń niż złe połączenia?” Pyta Huberman. Istnieją różne rodzaje komórek zwojowych siatkówki, a ty nie chciałbyś na przykład komórek, które reagują na ruch łączący się z częścią mózgu, która reguluje nastrój. „To byłoby złe, ponieważ wtedy można sobie wyobrazić, że za każdym razem, gdy coś porusza się przez twoje pole widzenia, resetujesz swój nastrój lub zmieniasz nastrój”.

Ale z jakiegoś powodu odcięte aksony zachowały zdolność do znalezienia właściwej ścieżki i połączenia się z właściwym regionem mózgu. Naukowcy byli w stanie wykazać to poprzez genetyczną modyfikację niektórych myszy, tak że tylko niektóre typy komórek w ich nerwu wzrokowym wyrażają zielone białko fluorescencyjne (GFP). Potem, po tym, jak ścieżki się odrodziły, naukowcy mogli zobaczyć, dokąd poszli, i potwierdzić, że połączyli się ponownie w to samo miejsce, w którym byli przed urazem. „Odkryliśmy, że kiedy te komórki regenerują się, znajdują drogę do domu. Podążają tymi długimi, kręconymi ścieżkami, ale odnajdują drogę - mówi Huberman.

To świetna wiadomość - zwłaszcza, że ​​Huberman nie chce tracić czasu na eksperymentowanie z ludźmi. „Idziemy prosto do człowieka”, mówi. „Pracuję nad rozwojem siatkówki i systemu wzrokowego już od blisko dwudziestu lat, i doszedłem do punktu, w którym czuję, że pole ma narzędzia i jest gotowe do rozpoczęcia badań nad terapią genową u ludzi”. Niektórzy badacze mówi, że już stosują podobną wirusową terapię genową w badaniach na ludziach.

Huberman współpracuje również z naukowcami w zakresie oprogramowania do wirtualnej rzeczywistości, gier i telefonów, aby opracować programy, które będą działać jak myszy IMAX jako sposób stymulowania połączeń przez nerw wzrokowy. Jaskra jest drugą najczęstszą przyczyną ślepoty u ludzi i działa bardzo podobnie do szczypania nerwu wzrokowego u myszy, wynikającego z rosnącego nacisku na nerw wzrokowy, który stopniowo degeneruje połączenia nerwowe. (Główną przyczyną ślepoty u ludzi jest zaćma, która jest uleczalna przez chirurgiczne usunięcie).

Ale implikacje dla tych badań wykraczają poza przywracanie wzroku niewidomym, podkreśla Huberman. Podobne interwencje można opracować w celu radzenia sobie ze zwyrodnieniem ośrodkowego układu nerwowego w różnych warunkach - odrastanie rdzenia kręgowego po urazie, ponowne łączenie szlaków dla neuronów ruchowych po udarze, być może nawet utrzymanie neuronów związanych z uczeniem się i pamięcią w obliczu choroby Alzheimera.

Huberman mówi, że jest przekonany, że ten obszar badań będzie nadal robił wielkie postępy. National Eye Institute rozpoczął inicjatywę Audacious Goals Initiative, która zobowiązuje się do opracowania metod leczenia ślepoty, w których przyczyną ślepoty jest związek między okiem a mózgiem. Wyobraź sobie: może istnieć przyszłość, w której degeneracja zostanie zastąpiona regeneracją.