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Im ersten menschlichen Test der Optogenetik zielen Ärzte darauf ab, Blinden das Augenlicht zurückzugeben
Wenn alles nach Plan läuft, wird irgendwann im nächsten Monat ein Chirurg in Texas eine Nadel verwenden, um Viren, die mit DNA aus lichtempfindlichen Algen beladen sind, in das Auge einer gesetzlich blinden Person zu injizieren, in der Wette, dass sie den Patienten wieder sehen lassen könnte, falls nur in verschwommenem schwarz-weiß.
Die Studie, gesponsert von einem Startup namens RetroSense-Therapeutika , aus Ann Arbor, Michigan, wird voraussichtlich der erste menschliche Test der Optogenetik sein, einer in neurowissenschaftlichen Labors entwickelten Technologie, die eine Kombination aus Gentherapie und Licht verwendet, um Nervenzellen präzise zu steuern.
Die Studie, die von Ärzten an der durchgeführt werden soll Retina Foundation des Südwestens , wird bis zu 15 Patienten mit Retinitis pigmentosa betreffen, einer degenerativen Erkrankung, bei der die spezialisierten lichtempfindlichen Photorezeptorzellen im Auge absterben und langsam zur Erblindung führen. Ziel der Behandlung ist es, die DNA verschiedener Zellen in der Netzhaut, Ganglienzellen genannt, so zu manipulieren, dass sie stattdessen auf Licht reagieren und Signale an das Gehirn senden können.
Die texanische Studie wird von Neurowissenschaftlern aufmerksam verfolgt, die hoffen, die Optogenetik im menschlichen Gehirn schließlich zur Behandlung von Parkinson oder schweren psychischen Erkrankungen einsetzen zu können. Dies wird eine Goldgrube an Informationen über die Durchführung von Optogenetik-Studien am Menschen sein, sagt Antonello Bonci, ein Neurowissenschaftler, der wissenschaftlicher Leiter des intramuralen Forschungsprogramms am National Institute on Drug Abuse in Baltimore ist.
Patienten mit Retinitis pigmentosa verlieren das periphere und nächtliche Sehvermögen, bevor sie schließlich erblinden. Kandidaten für die RetroSense-Studie werden nicht viel mehr sehen können als eine Hand, die sich vor ihrem Gesicht bewegt. Sean Ainsworth, CEO von RetroSense, hofft, dass die Patienten nach der Behandlung Tische und Stühle sehen oder vielleicht große Buchstaben lesen werden.
Die Optogenetik wurde vor einem Jahrzehnt in neurowissenschaftlichen Labors entwickelt, um die Aktivität von Nervenzellen präzise zu steuern. Es funktioniert, indem es DNA-Anweisungen für ein lichtempfindliches Protein, Channelrhodopsin, hinzufügt, mit dem Algen Sonnenlicht wahrnehmen und sich darauf zu bewegen. Wenn es einem Nerv hinzugefügt wird, bewirkt es, dass die Zelle feuert, wenn es einer bestimmten Lichtwellenlänge ausgesetzt wird.
Die Technologie verhilft Wissenschaftlern bereits zu schnellen Fortschritten beim Verständnis, welche Gehirnzellen Bewegung, Motivation, Schmerz und vielen anderen grundlegenden Gehirnfunktionen bei Tieren zugrunde liegen. In einem Experiment fanden Forscher der Stanford University unter der Leitung von Karl Deisseroth, einem der Erfinder der Optogenetik, heraus, dass sie das Angstgefühl bei Mäusen ein- und ausschalten konnten, indem sie Licht durch ein Glasfaserkabel auf bestimmte Zellen in ihrem Gehirn schossen.
RetroSense wurde 2009 gegründet, um die Forschung von Zhuo-Hua Pan, einem Sehexperten der Wayne State University, zu kommerzialisieren, der erkannte, dass das Auge möglicherweise der einfachste Ort ist, um Optogenetik anzuwenden. Im Gegensatz zum Gehirn ist das Auge transparent und lichtempfindlich und lässt sich viel einfacher mit Gentherapie behandeln. Es werden keine zusätzliche Hardware oder Glasfaserkabel benötigt, da das Licht direkt auf die Netzhaut scheint.
Das Auge hat zwei Arten von Photorezeptorzellen. Zapfen, benannt nach ihrer Form, sind für das Farbsehen verantwortlich. Stäbchen reagieren nachts auf Licht. Beide reagieren auf einfallende Photonen, indem sie ein elektrisches Signal erzeugen, das durch eine Reihe von Nervenzellen zum Sehnerv und dann zum Gehirn geleitet wird.
Um den Verlust von Fotorezeptoren zu überwinden, funktioniert die von Pan entwickelte und von RetroSense übernommene Strategie, indem Viren, die mit Algen-DNA beladen sind, in die Mitte des Auges injiziert werden. Ihr Ziel ist die oberste Zellschicht der Netzhaut, Ganglien genannt. Sobald sie mit der Herstellung des lichtempfindlichen Proteins beginnen, sollten die Ganglienzellen als Reaktion auf Licht feuern .
Pan erwartet, dass die Behandlung mindestens 100.000 lichtempfindliche Zellen in der Netzhaut erzeugt. Das könnte zu einer erheblichen Vision führen. Bisher ist die einzige kommerzielle Technologie zur Wiederherstellung des eingeschränkten Sehvermögens für blinde Menschen ein elektrisches Implantat namens Argus II, das Video von einer Kamera auf eine Folie mit 60 Elektroden überträgt, die in die Netzhaut eingenäht sind, aber nur wenige Pixel an visuellen Informationen liefert eine Zeit.
Das Algenprotein hat einige Einschränkungen. Zum einen reagiert es nur auf den blauen Anteil des natürlichen Lichts. Infolgedessen erwartet RetroSense, dass Patienten monochromatisches Sehen erfahren. Vielleicht verarbeitet das Gehirn das schwarz auf weiß, sagt Ainsworth. Patienten können einen Gegenstand, der überhaupt kein blaues Licht reflektiert, als schwarz wahrnehmen.
Spekulationen darüber, was die Menschen sehen oder nicht sehen werden – und wie diese subjektive Erfahrung sein wird – stammen aus Ergebnissen von Studien an blinden Mäusen. Jens Dübel , der eine Gruppe leitet, die sich mit der Wiederherstellung des optogenetischen Sehvermögens beschäftigt Vision Institut , in Paris, sagt, dass blinde Mäuse nach der Behandlung ihren Kopf bewegen, um einem Bild zu folgen, und auch ein helles Licht vermeiden, wenn sie in einer dunklen Box gehalten werden, genau wie gesunde Mäuse.
Da das Algenprotein nicht so lichtempfindlich ist wie eine normale Netzhaut, glaubt Duebel, dass Patienten im Außenlicht sehen könnten, aber in Innenräumen nicht sehr gut. Duebel ist verbunden mit GenSight Biologika aus Paris, ein Unternehmen, das ein Paar an Brillen montierte Mikroprojektoren entwickelt hat, von denen es glaubt, dass sie dieses Problem lösen könnten. Die Brille wandelt einen Video-Feed in Lichtwellenlängen um, auf die eine genetisch veränderte Netzhaut reagieren kann. Das französische Unternehmen ist noch einige Jahre davon entfernt, eine klinische Studie seiner Technologie zu starten, sagt Duebel.
Andere Behandlungen mit Optogenetik sind in der Entwicklung. Das kalifornische Unternehmen Circuit Therapeutics entwickelt eine optogenetische Behandlung für chronische Schmerzen. Circuit wird auch von der finanziert Michael J. Fox Foundation for Parkinson’s Research , das herausfinden will, ob es möglich ist, das Zittern von Parkinson mithilfe einer Lichtquelle im Gehirn zu kontrollieren. Bisher wird dies mit Medikamenten oder implantierten Elektroden erreicht.
Bonci sagt, bevor die Optogenetik therapeutisch im Gehirn eingesetzt werden kann, benötigen die Forscher mehr Informationen darüber, auf welche Zellen sie abzielen sollen. Aber das ist fünf Jahre entfernt, nicht 20 Jahre entfernt, sagt er.