4 технологии, которые обещают избавить людей от слепоты

Во всем мире 36 млн человек имеют полную потерю зрения. Они не видят фигур и даже источников света. У большинства из этих людей слепота вызвана устранимыми проблемами, такими как катаракта - у них просто нет доступа к соответствующему медицинскому обслуживанию. Однако остальные миллионы людей слепы в результате заболеваний, которые в настоящее время не имеют эффективного лечения.

Слепота - это одно из самых опасных для жизни состояний, с которым может столкнуться человек. Помимо трудностей с передвижением и поиском работы, нарушение зрения связано с множеством других проблем со здоровьем, включая бессонницу, тревожность и депрессию, и даже риск самоубийства. Восстановление полезного зрения могло бы почти невообразимо улучшить качество жизни.

Основной причиной слепоты является дегенерация сетчатки. Расположенная в задней части глаза, эта ткань содержит специализированные клетки, реагирующие на свет и обрабатывающие визуальные сигналы, и поэтому имеет решающее значение для зрения. Фоторецепторные клетки - нейроны, известные как палочки и колбочки - преобразуют свет, попадающий на сетчатку, в электрохимические сигналы. Затем эти сигналы проходят через сложную сеть других нейронов и передаются в зрительную кору головного мозга, где они интерпретируются как изображения.

Причин дегенерации сетчатки множество и это сильно затрудняет поиск лечения. Однако успехи в нескольких областях позволяют надеяться, что почти все формы заболеваний сетчатки могут стать излечимыми.

Бионическое зрение

Один из подходов - дополнить поврежденные глаза функциональными протезами или обойти их. В настоящее время такие бионические глаза могут восстановить лишь ограниченное зрение, но исследователи продолжают расширять возможности этих устройств.

Такое устройство представляет собой очки со встроенной электроникой и имплантат, внедренный в сетчатку пациента. Камера, установленная на очках, записывает все, что находится перед пациентом. Компьютерный процессор преобразует сигнал в электрические сигналы, которые затем посылаются в имплантат в сетчатке глаза, на зрительном нерве или в другом месте рядом с мозгом. Пользователи не могут видеть мир так, как он выглядит при естественном зрении, но они могут видеть изменения в освещении, что может помочь им обнаружить дверные проемы, края предметов или препятствия.

Устройство Argus II компании Second Sight, которое предназначено для лечения пигментного ретинита - единственный бионический глаз, уже сертифицированный для применения в нескольких странах, но, к сожалению, компания недавно объявила, что перестанет предлагать поддержку и обновления, а пользователи могут остаться с устаревшими, нефункциональными имплантатами в голове.

Еще несколько перспективных конкурентов находятся в стадии разработки.

Австралийские исследователи работают над бионическим глазом под названием Phoenix99, который поможет людям с пигментным ретинитом и другими дегенеративными заболеваниями сетчатки вернуть часть утраченного зрения. Он уже испытан на овцах, и исследователи надеются вскоре начать испытания на людях.

Система Prima французской компании Pixium Vision в настоящее время проходит клинические испытания в качестве средства для лечения возрастной макулярной дистрофии (ВМД) - основной причины слепоты у пожилых людей. Этот бионический глаз, как сообщается, имеет лучшее разрешение, чем Argus II, более простой дизайн и меньшую цену. Он уже позволил нескольким людям снова видеть.

Генная терапия

Глаз - идеальная мишень для генной терапии. Поскольку он является относительно автономным, вирусы, которые используются для переноса генов в клетки сетчатки, не должны иметь возможности попасть в другие части тела. А поскольку глаз является иммунопривилегированным участком, иммунная система с меньшей вероятностью будет бороться с таким вирусом. Последнее важно, поскольку если эти вирусы вызывают реакцию иммунной системы, это может повлиять на безопасность и эффективность лечения.

Геном человека содержит около 30 000 генов, и вариации или мутации в этих генах были связаны с тысячами заболеваний, включая возрастную макулярную дистрофию, пигментный ретинит и некоторые другие основные причины слепоты. Генная терапия лечит такие заболевания путем вставки, замены или удаления определенных генов.

В 2017 году американский регулятор отрасли здравоохранения (FDA) одобрил генную терапию Luxturna для лечения редкого генетического заболевания под названием врожденный амавроз Лебера. Люди с этим заболеванием обычно рождаются с сильно ослабленным зрением, и оно может прогрессивно ухудшаться, пока они окончательно не ослепнут. Врожденный амавроз Лебера вызывается мутацией в гене RPE65, и, вводя нормальную копию этого гена непосредственно в глаза пациентов, разработчики Luxturna смогли улучшить их зрение.

Luxturna стала первой генной терапией прямого введения, одобренной для исправления генетической мутации, и с тех пор исследователи изучают возможности использования генной терапии для лечения более распространенных причин слепоты, включая ВМД, пигментный ретинит и глаукому.

Отметим, что в настоящее время генная терапия также является экспериментальной и рискованной - она может воздействовать на другие клетки, кроме тех, на которые направлена, что потенциально может привести к неожиданным побочным эффектам.

Оптогенетика

Генная терапия работает только у людей, чья слепота вызвана генетической мутацией. Она также не подходит для лечения конечной стадии заболевания сетчатки, когда для восстановления остается недостаточное количество клеток. Однако смежный подход, основанный на технологии, называемой оптогенетикой, не зависит от заболевания и может привести к лечению различных стадий дегенерации. В оптогенетике гены, позволяющие клеткам производить светочувствительные белки, известные как опсины, также доставляются вирусом. Введение опсинов может восстановить некоторую светочувствительность поврежденных фоторецепторов или даже сделать чувствительными к свету другие клетки сетчатки, включая биполярные клетки или ганглиозные клетки сетчатки.

Однако проблема заключается в том, что фоторецепторные клетки глаза могут работать в широком диапазоне интенсивности света - как при ярком солнечном свете, так и в сумерках - в то время как опсины имеют ограниченный диапазон и часто работают лучше при высокой интенсивности света. Потенциальным решением является использование системы, схожей с системой бионического глаза Prima компании Pixium Vision, в которой пациентам надевают очки с видеокамерой, фиксирующей взгляд пользователя, и проектором, направленным в глаз. Как и в случае с Prima, преимущество заключается в том, что характер света, попадающего в глаз, может быть адаптирован к модификации сетчатки. Однако в данном случае интенсивность и длина волны выбираются таким образом, чтобы лучше всего стимулировать вновь введенные опсины, а не имплантированные фотодиоды.

Французская компания GenSight Biologics уже тестирует такую систему. Ее цель - доставить опсин в ганглиозные клетки сетчатки, но есть потенциальная загвоздка: ганглиозные клетки сетчатки естественным образом чувствительны к свету. Они выражают меланопсин, белок, участвующий в зрачковом световом рефлексе, при котором зрачок глаза сужается в ответ на яркий свет. Чтобы избежать этого, исследователи из GenSight используют опсин, реагирующий на красные длины волн света, поскольку меланопсин реагирует преимущественно на свет в синей части спектра.

Остается одна проблема: многие расстройства, которые можно лечить с помощью оптогенетических методов, связаны с дегенерацией определенных участков сетчатки, при этом полезное зрение сохраняется в других областях. Свет, который управляет опсинами, является видимым и может помешать оставшемуся естественному зрению. Для того, чтобы избежать этого, в будущем предполагается использовать опсины, реагирующие на ближний инфракрасный свет.

Стволовые клетки

Терапия стволовыми клетками потенциально может вылечить слепоту даже на поздних стадиях заболевания. Поскольку стволовые клетки можно заставить превратиться в любой тип клеток, их можно использовать для выращивания свежих клеток сетчатки для пересадки в глаз взамен утраченных. Однако исследования на животных показали, что лишь небольшая часть пересаженных нейронов способна правильно интегрироваться в сложную нейронную схему сетчатки. Это является серьезным препятствием для лечения стволовыми клетками, направленного на замену нейронов сетчатки.

Сегодня многие исследовательские группы изучают возможность использования стволовых клеток для лечения слепоты, причем один из наиболее перспективных подходов направлен на часть глаза, называемую пигментным эпителием сетчатки.

Дисфункция пигментного эпителия связана с несколькими распространенными причинами слепоты, включая ВМД и диабетическую ретинопатию. Создавая новые клетки пигментного эпителия из стволовых клеток и затем пересаживая их в глаза пациентов, исследователи надеются улучшить их зрение, перезагрузив клетки глаза.

В 2021 году биотехнологическая компания Regenerative Patch Technologies сообщила о многообещающих результатах первого испытания имплантируемого патча с выращенными в лаборатории клетками пигментного эпителия сетчатки.

В ходе испытания 15 людям с прогрессирующей ВМД имплантировали патч в тот глаз, который хуже всего видел. Более чем у половины из них наблюдалось улучшение состояния глаз, подвергшихся лечению, или потеря зрения прекратилась. Состояние нелеченого глаза ухудшилось у 80% пациентов.

Стволовые клетки для этого лечения были получены из донорского эмбриона, но другие группы изучают способы выращивания клеток пигментного эпителия, используя менее опасные с этической точки зрения источники, такие как донорские глаза человеческих трупов, или более генетически совместимые источники, такие как собственные клетки крови пациента.

Смежный подход, который пока находится на ранних стадиях фундаментальных исследований, может оправдать надежду на замену утраченных нейронов, открывая путь к лечению широкого спектра глазных заболеваний. У человека зрелые нейроны не делятся и поэтому не могут регенерировать, а рептилии и некоторые рыбы могут регенерировать нейроны сетчатки, птицы также обладают некоторой способностью к регенерации. Ученые из Вашингтонского университета в Сиэтле пытаются разблокировать эту способность у людей. Но вместо пересадки клеток, выращенных в лаборатории, они стремятся заставить клетки, уже находящиеся в сетчатке, дифференцироваться в новые нейроны.

По материалам Nature.com, Freethink, Popular Mechanics.