Войти
Генная терапия дальтонизма представляет собой экспериментальную генную терапию, направленную на превращение врожденных людей с дальтонизмом в трихроматы посредством Представляем фотографию гена пигмента, который у них отсутствует. Хотя частичная дальтонизм считается лишь легкой степенью инвалидности, это заболевание затрагивает многих людей, особенно мужчин. Полная цветовая слепота, или ахроматопсия, встречается очень редко, но более серьезно. Хотя это никогда не было продемонстрировано на людях, исследования на животных показали, что можно передать цветовое зрение путем инъекции гена недостающего фотопигмента с использованием генной терапии. По состоянию на 2018 год нет ни одного медицинского учреждения, предлагающего это лечение, и никаких клинических испытаний для добровольцев.
.
сетчатка человеческого глаза содержит светочувствительные клетки, называемые колбочками, которые обеспечивают цветовое зрение. Нормальный человек с трихроматом обладает тремя различными типами колбочек для различения разных цветов в видимом спектре от 380 до 740 нм. Три типа колбочек обозначаются L, M и S, и каждый тип чувствителен к определенному диапазону длин волн света в зависимости от того, какой фотопигмент он содержит. Более конкретно, L-конус поглощает около 560 нм, M-конус поглощает около 530 нм, а S-конус поглощает около 420 нм. Вопреки распространенному мнению, пиковая частота поглощения для конусов L, M и S не совсем соответствует длине волны красного, зеленого и синего цветов. Скорее, пиковая частота для L-колбочек - оранжевый, желтовато-зеленый для M-колбочек и сине-фиолетовый для S-колбочек. Эти колбочки преобразуют поглощенный свет в электрическую информацию, которая передается нейронам сетчатки, таким как биполярные клетки сетчатки и ганглиозные клетки сетчатки, до достижения мозг.
Сигналы от разных колбочек складываются или вычитаются друг из друга для обработки цвета падающего света. Например, красный цвет стимулирует L колбочки больше, чем M колбочек, тогда как зеленый цвет стимулирует колбочки L и M больше, чем S. Цвета воспринимаются в оппонентном процессе, так что красный и зеленый воспринимаются противоположно, как синий и желтый, черный и белый.
Локусы гена, кодирующие фотопигменты: M - опсин и L-опсин расположены в непосредственной близости в пределах Х-хромосомы и являются высокополиморфными. Среди населения некоторые имеют удаленный ген фотопигмента М в Х-хромосоме (например, при дейтеранопии), тогда как другие имеют мутированную форму гена (например, при дейтераномалии). Лица, которые могут экспрессировать только два типа опсинов в колбочках, называются дихроматами. Поскольку у мужчин есть только одна копия Х-хромосомы, дихроматизм гораздо более распространен среди мужчин. Имея только два типа колбочек, дихроматы менее способны различать два цвета. В наиболее распространенной форме дальтонизма дейтеранопы не могут различить красный и зеленый цвет. Об этом свидетельствует их низкая производительность в тесте Исихара. Хотя дихроматизм представляет собой небольшую проблему для повседневной жизни, дихроматам могут быть трудно читать некоторые цветные диаграммы и карты.
Менее распространенные формы дихроматии включают протоанопию (отсутствие L-колбочек) и тританопию (отсутствие S-колбочек). Если у человека отсутствуют два типа фотопигментов, они считаются монохроматами. Считается, что люди, лишенные трех типов фотопигментов, страдают полной цветовой слепотой или ахроматопсией. Цветовая слепота также может быть результатом повреждения зрительной коры в головном мозге.
Эксперименты с использованием различных млекопитающих (включая приматов) продемонстрировали, что можно передают цветовое зрение животным, вводя ген опсина, которого раньше у животного не было. Используя дефектный по репликации рекомбинантный аденоассоциированный вирус (rAAV) в качестве вектора, кДНК гена опсина, обнаруженного в L- или M-колбочках, можно доставить в некоторую фракцию колбочки в сетчатке с помощью субретинальной инъекции. Получив ген, колбочка начинает экспрессировать новый фотопигмент. Эффект от терапии длится до тех пор, пока колбочки не погибнут или вставленная ДНК не будет потеряна внутри колбочек.
Хотя генная терапия людей продолжается с некоторым успехом, генная терапия людей для обретения цветового зрения до сих пор не предпринималась. Однако демонстрации с использованием нескольких млекопитающих (включая приматов, таких как беличья обезьяна) предполагают, что терапия должна быть применима и для людей. Также теоретически возможно «улучшить» трихроматы до тетрахроматов путем введения новых генов опсина.
Целью генной терапии является заставить некоторые из колбочек в сетчатке дихроматного человека экспрессировать недостающий фотопигмент. Хотя частичная дальтонизм считается легкой формой инвалидности и даже преимуществом при определенных обстоятельствах (например, при обнаружении замаскированных объектов), она может создавать проблемы для многих профессиональных сфер, таких как правоохранительные органы, авиация, железная дорога и военная служба. В более общем смысле, цветовые коды на картах и рисунках могут быть трудными для чтения людьми с дальтонизмом.
Поскольку только один ген кодирует фотопигмент и этот ген экспрессируется только в сетчатке, это состояние относительно легко лечить с помощью генной терапии по сравнению с другими генетическими заболеваниями. Тем не менее, остается вопрос о том, стоит ли терапия для человека, подвергающегося инвазивной субретинальной инъекции для временного лечения состояния, которое является скорее неудобством, чем расстройством.
Однако полная цветовая слепота, или ахроматопсия, очень редка, но более серьезна. Действительно, ахроматы не видят никаких цветов, у них сильная светобоязнь (слепота на полном солнце) и пониженная острота зрения (обычно 20/200 после коррекции).
Более того, это исследование может иметь серьезные последствия для генетической терапии других заболеваний колбочек. Другие заболевания колбочки, такие как врожденный амавроз Лебера, дистрофия конуса-стержня и определенные типы макулопатии, можно лечить с использованием тех же методов, что и генная терапия, используемая для дальтонизм.
Были проведены экспериментальные методы лечения врожденного амавроза Лебера, генетического нарушения фоторецепторов, которое может привести к потере зрения и слепоте. Эти методы лечения используют вектор AAV и доставляются во многом так же, как и генная терапия дальтонизма.
Человеческий фотопигмент L-колбочек был введен мышам. Поскольку у мышей есть только S колбочек и M колбочек, они являются дихроматами. М-опсин был заменен кДНК L-опсина в Х-хромосоме некоторых мышей. Путем скрещивания этих «нокаутированных» трансгенных мышей они получили гетерозиготных самок как с М-конусом, так и с L-конусом. Эти мыши имели улучшенный диапазон цветового зрения и приобрели трихроматичность, что было проверено с помощью электроретинограммы и поведенческих тестов. Однако в форме генной терапии это применить сложнее.
Рекомбинантный вектор AAV должен был ввести ген зеленого флуоресцентного белка (GFP) в колбочки песчанок. Генетическая вставка была сконструирована так, чтобы экспрессироваться только в S- или M-колбочках, и экспрессия GFP in vivo наблюдалась с течением времени. Экспрессия генов может стабилизироваться, если вводится достаточно высокая доза вирусного вектора.
Взрослые дихроматы беличьи обезьяны были преобразованы в трихроматы с помощью генной терапии. Обезьяны нового мира, такие как беличьи обезьяны, не имеют гена L-опсина и неспособны различать определенные оттенки красного и зеленого. Рекомбинантный вектор AAV использовали для доставки гена L-опсина человека в сетчатку обезьяны. Колбочки, получившие недостающие гены, начали экспрессировать новый фотопигмент.
Если терапия сработает - обезьяны либо останутся двухцветными с большей чувствительностью к более длинным волнам света, либо станут трихроматами. Записи электроретинограммы продемонстрировали, что они способны отличать сине-зеленый цвет от красно-фиолетового, и действительно приобрели трихроматичность. Обработанные обезьяны также были более успешными, когда их цветовое зрение было проверено с помощью модифицированного теста Исихара.
Генная терапия должна была восстановить часть зрения мышей с ахроматопсией. Результаты были положительными для 80% мышей, получавших лечение.
Генную терапию формы ахроматопсии проводили на собаках. Функция конуса и дневное зрение были восстановлены в течение как минимум 33 месяцев у двух молодых собак с ахроматопсией. Однако эта терапия была менее эффективной для старых собак.
Согласно исследованиям Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля, наложение швов закрытие одного глаза обезьянам в раннем возрасте привело к необратимой потере зрения на этот глаз даже после снятия шва. Исследование пришло к выводу, что нейронная схема для зрения подключена во время «критического периода» в детстве, после которого зрительная схема больше не может быть изменена для обработки нового сенсорного ввода. Вопреки этому открытию, успех Манкузо и др. В передаче трихроматии взрослым беличьим обезьянам позволяет предположить, что можно адаптировать ранее существовавшую цепь, чтобы обеспечить большую остроту цветового зрения. Исследователи пришли к выводу, что интеграция стимула от нового фотопигмента во взрослом возрасте не аналогична потере зрения в результате визуальной депривации.
Пока неизвестно, как животные, получившие новый фотопигмент, воспринимают новый цвет. В то время как статья Mancuso et al. заявляет, что обезьяна действительно приобрела трихроматизм и способность различать красный и зеленый, они не заявляют, что знают, как животное внутренне воспринимает это ощущение.
В то время как красную / зеленую цветовую слепоту у дейтеранопов можно лечить с помощью Введение генов M-опсина позволяет лечить и более редкие формы дальтонизма, такие как тританопия. При тританопии вместо гена M-опсина необходимо ввести ген S-опсина.
Несмотря на успехи на животных, все еще остаются проблемы с проведением генной терапии людей для лечения цветовой слепоты.
Способ доставки вирусного вектора в сетчатку, вероятно, является основным препятствием на пути превращения генной терапии в практическое лечение дальтонизма. Поскольку вирус необходимо вводить непосредственно с помощью иглы для проникновения в склеру глаза, лечение может быть очень неприятным и сопряжено с риском инфицирования глаза. Без возможности неинвазивной доставки вируса лечение является довольно рискованным с точки зрения полученной пользы.
Пока неизвестно, как часто нужно вводить ген для поддержания трихроматности среди людей с врожденной дальтонизмом. На момент публикации Mancuso et al. сообщает, что обработанные беличьи обезьяны сохранили цветовое зрение в течение 2 лет после лечения. Если необходимы повторные инъекции, есть также опасения, что организм может вызвать иммунную реакцию на вирус. Если в организме разовьется чувствительность к вирусному переносчику, успех лечения может быть поставлен под угрозу и / или организм может отреагировать неблагоприятно. Передовая статья Дж. Беннета указывает на использование Манкузо и др. «Неуточненной постинъекционной кортикостероидной терапии». Беннетт предполагает, что обезьяны, возможно, испытали воспаление из-за инъекции. Однако вирус AAV, который обычно используется в этом исследовании, не является патогенным, и у организма меньше вероятность развития иммунной реакции. Излишне говорить, что любым испытаниям на людях должен предшествовать обширный анализ безопасности лечения.
Субъекта сначала нужно обследовать, чтобы определить, какой фотопигмент ему нужен для достижения трихроматизма. Кроме того, хотя генная терапия может лечить врожденную дальтонизм (например, дихроматию), она не предназначена для лечения других форм дальтонизма, не связанных с сетчаткой, таких как повреждение зрительной коры головного мозга.
Как способ введения новой генетической информации для изменения фенотипа человека, генная терапия дальтонизма открыта для тех же этических вопросов и критики, что и генная терапия в целом. К ним относятся вопросы, касающиеся управления терапией, должно ли лечение быть доступным только тем, кто может себе это позволить, и создает ли доступность лечения стигму для людей с дальтонизмом. Учитывая большое количество людей с дальтонизмом, возникает вопрос, является ли дальтонизм расстройством. Кроме того, даже если генная терапия преуспеет в превращении неполноценных людей в трихроматы, степень удовлетворенности среди субъектов неизвестна. Неясно, как качество жизни улучшится (или ухудшится) после терапии.
