Пересадка гена помогла отчасти вернуть зрение человеку с наследственной болезнью сетчатки.

Оптогенетикой называют комплекс методов, позволяющих управлять нейронами прямо в живом мозге. В геном нейронов вводят ген флуоресцентного белка, так что теперь нервные клетки могут непосредственно реагировать на свет с определённой длиной волны. Затем в мозг вживляют светодиоды, которые будет подавать модифицированным нейронам световые импульсы. От световых импульсов нейроны будут активироваться, то есть посылать импульсы другим клеткам, или, наоборот, засыпать, не реагируя ни на какие сигналы от нейронов-соседей. Модифицировав таким образом группу нейронов, можно выяснить их функции, связи с другими нервными центрами и вообще массу вещей.

Сетчатка сложена из десяти клеточных слоёв, некоторые из них видны на этой микрофотографии. (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com) 

Участник эксперимента смотрит на стакан сквозь очки, которые помогают включиться светочувствительному белку в клетках сетчатки. Шапочка с электродами считывает электрические волны мозга. (Фото: J.-A. Sahel et al. / Nature Medicine)

Оптогенетические методы стали мощнейшим инструментом нейробиологических исследований. Но едва ли не с того момента, как они появились, появилась и идея использовать их не только в фундаментальных исследованиях, но и в медицине – для лечения слепоты. И вот сейчас в Nature Medicine вышла статья, в которой сотрудники парижского Института зрения и Базельского университета рассказывают, как они с помощью оптогенетики помогли обрести зрение человеку с пигментным ретинитом. Это наследственное заболевание, при котором гибнут фоторецепторы сетчатки; как результат, зрение ухудшается вплоть до слепоты.

Но в сетчатке есть и другие клетки. Фоторецепторы – палочки и колбочки – реагируя на свет, генерируют электрический импульс, который потом передают клеткам-посредникам. Среди таких посредников есть так называемые ганглионарные клетки. Было решено научить их видеть, то есть ввести им светочувствительный белок под названием каналродопсин ChrimsonR. (Родопсинами называют белки, реагирующие на свет, а «канал-» означает, что он открывает ионный канал в мембране – ионы начинают перегруппировываться через этот канал, напряжение на мембране меняется и нейрон генерирует импульс.) Исходно это был белок Chlamydomonas noctigama, одноклеточной зелёной водоросли из рода Хламидомонад, которая с его помощью ищет, где больше света. Для нужд оптогенетики белок изменили так, чтобы он встраивался в мембрану нейронов и открывал ионный канал. Добровольцем стал человек 58 лет, у которого ещё в юности диагностировали пигментный ретинит.

Ген белка упаковывали в специальную вирусную частицу – один из обычных способов доставить что-то в клетку. Вирус обезврежен, размножаться не может, но способен проникать в клетку и там освобождать свой груз. Ген каналродопсина ChrimsonR отправляли в ганглионарные клетки сетчатки того глаза, который видел хуже. Несколько месяцев должно было уйти на то, чтобы белок в достаточном количестве появился на клеточных мембранах. Каналродопсин ChrimsonR чувствителен к свету на жёлтых длинах волн, поэтому нужно было сконструировать специальные очки, которые изменения в естественной освещённости переводили в жёлтый свет, и уже этот жёлтый свет отправлялся от очков в глаз. (Можно сказать, очки выполняли роль светодиода, который в обычной оптогенетике стимулирует нейроны.) Но и после того, как вся система заработала, подопытному пациенту пришлось потратить ещё несколько месяцев, чтобы адаптироваться к ней.

Тем не менее, в итоге он смог на глаз определять местоположение и количество различных предметов – например, двух-трёх тетрадей, лежащих на столе. Зрение включалось только с очками (потому что светочувствительный белок не мог активироваться от обычного освещения), но когда оно включалось, пациент в 92% случаев видел, где лежит тетрадь, и мог сразу дотронуться до неё. Без очков он ничего такого не мог. То, что зрение работало, было видно и по электроэнцефалограмме, указывавшей на зрительную активность мозга.

Правда, способность видеть возвращалась лишь частично – пациент не различал лица и не мог читать. Авторы работы полагают, что зрение можно улучшить сильнее, если вводить больше транспортного вируса с геном светочувствительного белка, тогда больше клеток получат его в своё распоряжение, и в клетках будет синтезироваться больше молекул каналродопсина. В исследовании участвовали ещё два добровольца, но с ними из-за коронавирусных перипетий не удалось провести все зрительные тренировки и тесты. Тем не менее, благодаря этим двум людям удалось лишний раз убедиться, что вся процедура безопасна и никакими побочными эффектами не грозит.

Мы неоднократно писали про успешные попытки вернуть зрение ослепшей сетчатке с помощью молекулярных и клеточных технологий. В тех экспериментах тоже шла речь о том, чтобы дать светочувствительность ганглионарным клеткам. Однако там использовали отчасти другие подходы, и, что важнее, дело ограничивалось мышами. На сей раз, как видим, зрение вернули человеку – пусть частично, пусть с помощью специально устроенных очков, но всё же даже такой результат совсем недавно считался фантастикой.