Das Sehvermögen des Blinden wurde mit der Gentherapie „Optogenetik“ teilweise wiederhergestellt

Ein Team von Wissenschaftlern gab am Montag bekannt, dass sie das Sehvermögen eines Blinden teilweise wiederhergestellt haben, indem sie in einem seiner Augen lichtfangende Proteine ​​aufgebaut haben. Ihr Bericht, der in der Zeitschrift Nature Medicine veröffentlicht wurde, ist die erste veröffentlichte Studie, die den erfolgreichen Einsatz dieser Behandlung beschreibt.

“Es ist aufregend zu sehen, dass es zum ersten Mal funktioniert hat – auch wenn es nur bei einem Patienten und auf einem Auge funktioniert”, sagte Ehud Isacoff, Neurowissenschaftler an der University of California in Berkeley, der nicht an der Studie beteiligt war.

Das Verfahren ist weit entfernt von der vollen Sicht. Der Freiwillige, ein 58-jähriger Mann, der in Frankreich lebt, musste eine spezielle Schutzbrille tragen, die ihm die gespenstische Wahrnehmung von Objekten in einem engen Sichtfeld ermöglichte. Die Autoren des Berichts sagen jedoch, dass die Studie – das Ergebnis von 13 Jahren Arbeit – ein Proof-of-Concept für eine effektivere Behandlung ist.

“Es ist offensichtlich nicht das Ende der Straße, aber es ist ein wichtiger Meilenstein”, sagte Dr. José-Alain Sahel, ein Augenarzt, der seine Zeit zwischen der Universität von Pittsburgh und der Sorbonne in Paris aufteilt.

Dr. Sahel und andere Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, ein Heilmittel für ererbte Formen der Blindheit zu finden. Diese genetischen Störungen rauben den Augen die für das Sehen erforderlichen essentiellen Proteine.

Wenn Licht in das Auge eintritt, wird es von sogenannten Photorezeptorzellen eingefangen. Die Fotorezeptoren senden dann ein elektrisches Signal an ihre Nachbarn, sogenannte Ganglienzellen, das wichtige Merkmale wie Bewegung identifizieren kann. Sie senden dann eigene Signale an den Sehnerv, der die Informationen an das Gehirn liefert.

In früheren Studien war es Forschern möglich, eine genetische Form der Blindheit zu behandeln, die als angeborene Leberamaurose bezeichnet wird, indem ein fehlerhaftes Gen repariert wurde, das andernfalls dazu führen würde, dass Photorezeptoren allmählich degenerieren.

Andere Formen der Blindheit können jedoch nicht so einfach behandelt werden, da ihre Opfer ihre Fotorezeptoren vollständig verlieren. “Sobald die Zellen tot sind, können Sie den Gendefekt nicht reparieren”, sagte Dr. Sahel.

Für diese Krankheiten haben Dr. Sahel und andere Forscher mit einer radikaleren Art der Reparatur experimentiert. Sie verwenden Gentherapie, um Ganglienzellen in neue Photorezeptorzellen umzuwandeln, obwohl sie normalerweise kein Licht einfangen.

Die Wissenschaftler nutzen Proteine ​​aus Algen und anderen Mikroben, die jede Nervenzelle lichtempfindlich machen können.

In den frühen 2000er Jahren fanden Neurowissenschaftler heraus, wie einige dieser Proteine ​​in die Gehirnzellen von Mäusen und anderen Labortieren eingebaut werden können, indem Viren injiziert werden, die ihre Gene tragen. Die Viren infizierten bestimmte Arten von Gehirnzellen, die dann das neue Gen verwendeten, um lichtempfindliche Kanäle aufzubauen.

Ursprünglich entwickelten die Forscher diese als Optogenetik bezeichnete Technik, um die Funktionsweise des Gehirns zu untersuchen. Indem sie ein winziges Licht in das Gehirn des Tieres einführen, können sie eine bestimmte Art von Gehirnzelle mit einem Knopfdruck ein- oder ausschalten. Die Methode hat es ihnen ermöglicht, die Schaltkreise zu entdecken, die vielen Arten von Verhalten zugrunde liegen.

Dr. Sahel und andere Forscher fragten sich, ob sie mithilfe der Optogenetik lichtempfindliche Proteine ​​zu Zellen in der Netzhaut hinzufügen könnten. Schließlich seien Netzhautzellen auch Nerven – mit anderen Worten eine Erweiterung des Gehirns.

Für Ed Boyden, einen Neurowissenschaftler am MIT, der Pionierarbeit auf dem Gebiet der Optogenetik leistete, überraschte ihn die Suche nach der Verwendung dieser Proteine ​​zur Heilung von Blindheit. “Bisher habe ich die Optogenetik in erster Linie als Werkzeug für Wissenschaftler angesehen, da sie von Tausenden von Menschen zur Untersuchung des Gehirns verwendet wird”, sagte er. “Aber wenn sich die Optogenetik in der Klinik bewährt, wäre das äußerst aufregend.”

Dr. Sahel und seine Kollegen erkannten, dass die von Dr. Boyden und anderen erzeugten optogenetischen Proteine ​​nicht empfindlich genug waren, um ein Bild aus normalem Licht zu erzeugen, das in das Auge eintritt. Die Wissenschaftler konnten jedoch kein verstärktes Licht in das Auge strahlen, da die Blendung das empfindliche Gewebe der Netzhaut zerstören würde.

Daher wählten die Wissenschaftler ein optogenetisches Protein, das nur für bernsteinfarbenes Licht empfindlich ist, das für das Auge leichter ist als andere Farben, und verwendeten Viren, um diese bernsteinfarbenen Proteine ​​an die Ganglienzellen in der Netzhaut abzugeben.

Als nächstes erfanden die Forscher ein spezielles Gerät, um visuelle Informationen aus der Außenwelt in bernsteinfarbenes Licht umzuwandeln, das von den Ganglienzellen erkannt werden konnte. Sie haben eine Schutzbrille entwickelt, die ihr Sichtfeld tausende Male pro Sekunde abtastet und alle Pixel registriert, in denen sich das Licht ändert. Die Schutzbrille sendet dann einen bernsteinfarbenen Lichtimpuls von diesem Pixel in das Auge.

Die Forscher schlussfolgerten, dass diese Strategie möglicherweise Bilder im Gehirn erzeugen kann. Unsere Augen huschen natürlich viele Male pro Sekunde in winzigen Bewegungen herum. Mit jedem Sprung würden viele Pixel die Lichtstärke ändern.

Es war jedoch eine offene Frage, ob Blinde lernen konnten, diese Informationen zum Erkennen von Objekten zu verwenden. “Das Gehirn muss eine neue Sprache lernen”, sagte Botond Roska, Augenarzt an der Universität Basel und Mitautor der neuen Studie.

Nachdem Dr. Roska, Dr. Sahel und ihre Kollegen ihre Gentherapie und Schutzbrille an Affen getestet hatten, waren sie bereit, sie an Menschen auszuprobieren. Ihr Plan war es, jedem blinden Freiwilligen gen-tragende Viren in ein Auge zu injizieren und dann mehrere Monate darauf zu warten, dass die Ganglienzellen optogenetische Proteine ​​wachsen lassen. Sie würden dann die Freiwilligen darin schulen, die Schutzbrille zu benutzen.

Leider gelang es ihnen nur, einen Freiwilligen auszubilden, bevor die Coronavirus-Pandemie das Projekt schloss. Nach Jahren der Vorbereitung auf die Studie steckte sie nun in der Schwebe.

Aber dann meldete sich der eine Freiwillige, den sie trainiert hatten. Seit sieben Monaten trug er die Schutzbrille zu Hause und auf Spaziergängen. Eines Tages wurde ihm klar, dass er die Streifen eines Zebrastreifens sehen konnte.

Als die Pandemie im Sommer in Frankreich nachließ, gelang es den Wissenschaftlern, ihn für weitere Schulungen und Tests in ihr Labor zu bringen. Sie entdeckten, dass er ein Notizbuch auf einem Tisch berühren konnte, aber mit einer kleineren Schachtel Heftklammern weniger Glück hatte. Als die Wissenschaftler entweder zwei oder drei Becher vor den Freiwilligen stellten, gelang es ihm, sie 12 von 19 Mal richtig zu zählen.

Während einiger Versuche trug der Freiwillige eine Kappe mit Elektroden, die die Gehirnaktivität über seine Kopfhaut erfassen konnten. Wenn die Schutzbrille Signale an seine Netzhaut sendete, aktivierte sie Teile des Gehirns, die am Sehen beteiligt waren.

“Aus wissenschaftlicher Sicht und vor allem für Blinde ist dies eine große Leistung”, sagte Lucie Pellissier, Neurowissenschaftlerin an der Universität von Tours in Frankreich, die nicht an der Studie beteiligt war.

Dr. Sahel und seine Kollegen gründeten eine Firma namens GenSight, um ihre Technik durch klinische Studien zu bringen, in der Hoffnung, dass sie von den Aufsichtsbehörden genehmigt wird. Sie sind nicht allein. Dr. Isacoff und seine Kollegen haben eine ähnliche Firma namens Vedere Bio gegründet, die im vergangenen Oktober von Novartis übernommen wurde.

Es wird viel mehr positive Ergebnisse aus klinischen Studien erfordern, bevor die Optogenetik zur Standardbehandlung für einige Formen der Blindheit werden kann. Derzeit holen Dr. Sahel und seine Kollegen die anderen Freiwilligen zum Training ein, testen höhere Virusdosen und rüsten ihre Schutzbrille auf dünne Brillen auf, die bequemer sind und gleichzeitig mehr Informationen an die Netzhaut liefern.

Dr. Isacoff und seine Kollegen haben eigene Experimente durchgeführt, die die Möglichkeit eröffnen, dass andere optogenetische Proteine ​​Netzhautzellen empfindlich genug machen könnten, um Licht ohne Schutzbrille zu erkennen. “Ich denke, es wird ziemlich gut funktionieren”, sagte er.

Während der ganzen Zeit, die Dr. Sahel in sein eigenes System gesteckt hat, zögerte er zu erraten, inwieweit es sich verbessern könnte. “Bis ein Patient Ihnen sagt, was er sieht, können Sie wirklich nichts vorhersagen”, sagte er.