Los ratones ciegos recuperan su vista después de la inserción de genes

Los ratones ciegos recuperan su vista después de la inserción de genesLos científicos insertaron un gen para un receptor de luz verde en los ojos de ratones ciegos y, un mes después, los ratones navegaban alrededor de los obstáculos tan fácilmente como los que no tenían problemas de visión.

Los ratones pudieron ver movimiento, cambios de brillo en un rango de mil veces, y detalles finos en un iPad suficiente para distinguir las letras.

Los investigadores dicen que, en tan solo tres años, la terapia genética, que administraron a través de un virus inactivo, podría someterse a pruebas en humanos que perdieron de vista debido a la degeneración de la retina, idealmente proporcionándoles suficiente visión para moverse y potencialmente restaurando Su capacidad para leer o ver un video.

"Usted inyectaría este virus en el ojo de una persona y, un par de meses después, verían algo", dice Ehud Isacoff, profesor de biología molecular y celular en la Universidad de California, Berkeley, y director de Helen Wills. Instituto de Neurociencias.

"... qué maravilloso sería para las personas ciegas recuperar la capacidad de leer un monitor de computadora estándar, comunicarse por video, mirar una película".

“Con las enfermedades neurodegenerativas de la retina, a menudo todas las personas que intentan hacerlo son detener o retardar la degeneración. Pero algo que restaura una imagen en unos pocos meses, es algo sorprendente en lo que pensar ".

Alrededor de 170 millones de personas en todo el mundo viven con degeneración macular relacionada con la edad, que afecta a una persona en 10 por encima de la edad de 55, mientras que 1.7 millones de personas en todo el mundo tienen la forma más común de ceguera hereditaria, la retinitis pigmentosa, que generalmente deja a las personas ciegas por la edad de 40.

"Tengo amigos sin percepción de la luz, y su estilo de vida es desgarrador", dice John Flannery, profesor de biología molecular y celular que está en la facultad de la Escuela de Optometría.


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“Tienen que considerar lo que las personas videntes dan por sentado. Por ejemplo, cada vez que van a un hotel, la distribución de cada habitación es un poco diferente, y necesitan que alguien los recorra por la habitación mientras construyen un mapa 3D en su cabeza. Los objetos cotidianos, como una mesa baja de café, pueden ser un peligro de caída. La carga de la enfermedad es enorme entre las personas con pérdida severa e incapacitante de la visión, y pueden ser los primeros candidatos para este tipo de terapia ".

Los ratones ciegos recuperan su vista después de la inserción de genesLa nueva terapia consiste en inyectar virus inactivados en el vítreo para transportar un gen directamente a las células ganglionares. Las versiones anteriores de la terapia viral requerían inyectar los virus debajo de la retina (parte inferior). (Crédito: John Flannery)

Actualmente, las opciones para estos pacientes se limitan a un implante electrónico de ojo conectado a una cámara de video que se coloca en un par de lentes, una configuración incómoda, invasiva y costosa que produce una imagen en la retina que es equivalente, actualmente, a unos pocos cientos. píxeles La visión normal y aguda implica millones de píxeles.

Corregir el defecto genético responsable de la degeneración de la retina tampoco es sencillo, ya que existen más de 250 diferentes mutaciones genéticas responsables de la retinitis pigmentosa sola. Alrededor del 90, el porcentaje de estos mata las células fotorreceptoras de la retina: las varillas, sensibles a la luz tenue, y los conos, para la percepción del color de la luz diurna. Pero la degeneración de la retina generalmente ahorra otras capas de células de la retina, incluidas las células bipolares y ganglionares de la retina, que pueden permanecer sanas, aunque insensibles a la luz, durante décadas después de que las personas se vuelvan totalmente ciegas.

En sus ensayos con ratones, los investigadores lograron que el 90 de las células ganglionares fuera sensible a la luz.

Un sistema simple

Para revertir la ceguera en estos ratones, los investigadores diseñaron un virus dirigido a las células ganglionares de la retina y lo cargaron con el gen para un receptor sensible a la luz, la opsina de cono verde (de longitud de onda media). Normalmente, solo las células fotorreceptoras de cono expresan esta opsina y las hace sensibles a la luz verde-amarilla. Cuando los investigadores lo inyectaron en el ojo, el virus llevó el gen a las células ganglionares, que normalmente son insensibles a la luz, y los hizo sensibles a la luz y capaces de enviar señales al cerebro que interpretó como vista.

"Hasta los límites en los que podemos probar a los ratones, no se puede distinguir el comportamiento de los ratones tratados de manera optogenética de los ratones normales sin equipo especial", dice Flannery. "Queda por verse lo que se traduce en un paciente".

En ratones, los investigadores entregaron las opsinas a la mayoría de las células ganglionares en la retina. Para tratar a los humanos, necesitarían inyectar muchas más partículas de virus porque el ojo humano contiene miles de veces más células ganglionares que el ojo del ratón. Pero el equipo ha desarrollado los medios para mejorar la administración viral y espera insertar el nuevo sensor de luz en un porcentaje similarmente alto de células ganglionares, una cantidad equivalente a los números de píxeles muy altos en una cámara.

Los ratones ciegos recuperan su vista después de la inserción de genesLas líneas naranjas siguen el movimiento de los ratones durante el primer minuto después de que los investigadores los colocaron en una jaula extraña. Los ratones ciegos (arriba) se mantienen cautelosamente en las esquinas y los lados, mientras que los ratones tratados (centro) exploran la jaula casi tanto como los ratones normales (abajo). (Crédito: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff y Flannery se encontraron con la solución sencilla después de más de una década de intentar esquemas más complicados, incluida la inserción en las células de la retina sobrevivientes de los receptores de neurotransmisores de ingeniería genética y los interruptores químicos sensibles a la luz. Estos funcionaron, pero no lograron la sensibilidad de la visión normal. Las opsinas de microbios probadas en otros lugares también tuvieron una sensibilidad más baja, lo que requirió el uso de gafas amplificadoras de luz.

Para capturar la alta sensibilidad de la visión natural, los investigadores recurrieron a las opsinas receptoras de luz de las células fotorreceptoras. Usando un virus adenoasociado que infecta naturalmente las células ganglionares, entregaron con éxito el gen para una opsina retiniana en el genoma de las células ganglionares. Los ratones previamente ciegos adquirieron una visión que duró toda la vida.

"Que este sistema funcione es realmente satisfactorio, en parte porque también es muy simple", dice Isacoff. "Irónicamente, podrías haber hecho esto hace 20 años".

Los investigadores están recaudando fondos para llevar la terapia génica a un ensayo en humanos dentro de tres años. La FDA ha aprobado sistemas similares de administración de AAV para enfermedades oculares en personas con afecciones degenerativas de la retina y que no tienen alternativa médica.

Desafiando las probabilidades

Según Flannery e Isacoff, la mayoría de las personas en el campo de la visión se preguntarán si las opsinas podrían funcionar fuera de sus células especializadas de fotorreceptores de bastón y cono. La superficie de un fotorreceptor está decorada con opsinas (rodopsina en barras y opsinas rojas, verdes y azules en conos) incrustadas en una máquina molecular complicada. Un relé molecular, la cascada de señalización del receptor acoplado a la proteína G, amplifica la señal de manera tan efectiva que podemos detectar fotones individuales de luz.

Un sistema de enzimas recarga la opsina una vez que detecta el fotón y se "blanquea". La regulación de retroalimentación adapta el sistema a diferentes brillos de fondo. Y un canal iónico especializado genera una potente señal de voltaje. Sin trasplantar todo este sistema, era razonable sospechar que la opsina no funcionaría.

Los ratones ciegos recuperan su vista después de la inserción de genesEn una retina normal, los fotorreceptores (bastones (azules) y conos (verdes)) detectan la luz y transmiten las señales a otras capas del ojo, terminando en las células ganglionares (púrpuras), que se dirigen directamente al centro de visión del cerebro. (Crédito: UC Berkeley)

Pero Isacoff, que se especializa en receptores acoplados a proteínas G en el sistema nervioso, sabía que muchas de estas partes existen en todas las células. Sospechaba que una opsina se conectaría automáticamente al sistema de señalización de las células ganglionares de la retina. Juntos, él y Flannery probaron inicialmente la rodopsina, que es más sensible a la luz que las opsinas de cono.

Para su deleite, cuando introdujeron rodopsina en las células ganglionares de ratones cuyas cañas y conos se habían degenerado por completo y, por consiguiente, estaban ciegos, los animales recuperaron la capacidad de distinguir entre la oscuridad y la luz, incluso la tenue luz de la habitación. Pero la rodopsina resultó ser demasiado lenta y falló en el reconocimiento de imágenes y objetos.

Luego probaron la opsina de cono verde, que respondió 10 veces más rápido que la rodopsina. Sorprendentemente, los ratones fueron capaces de distinguir líneas paralelas de horizontales, líneas estrechamente espaciadas versus ampliamente espaciadas (una tarea estándar de agudeza humana), moviendo líneas versus líneas estacionarias. La visión restaurada era tan sensible que se podían usar iPads para las pantallas visuales en lugar de LED mucho más brillantes.

"Esto llevó poderosamente el mensaje a casa", dice Isacoff. "Después de todo, qué maravilloso sería para las personas ciegas recuperar la capacidad de leer un monitor de computadora estándar, comunicarse por video, mirar una película".

Estos éxitos hicieron que Isacoff y Flannery quisieran ir un paso más allá y averiguar si los animales podían navegar en el mundo con una visión restaurada. Sorprendentemente, aquí también, el cono verde opsin fue un éxito. Los ratones que habían sido ciegos recuperaron su capacidad para realizar uno de sus comportamientos más naturales: reconocer y explorar objetos tridimensionales.

Luego hicieron la pregunta: “¿Qué pasaría si una persona con visión restaurada saliera a la luz más brillante al aire libre? ¿Estarían cegados por la luz? ”Aquí, otra característica sorprendente del sistema emergió, Isacoff dice: La vía de señalización de opsina de cono verde se adapta. Los animales previamente ciegos se ajustaron al cambio de brillo y podían realizar la tarea tan bien como los animales videntes. Esta adaptación funcionó en un rango de alrededor de mil veces, la diferencia, esencialmente, entre la iluminación promedio interior y exterior.

"Cuando todos dicen que nunca funcionará y que estás loco, generalmente eso significa que estás en algo", dice Flannery. De hecho, algo equivale a la primera restauración exitosa de la visión con patrón utilizando una pantalla LCD de computadora, la primera en adaptarse a los cambios en la luz ambiental y la primera en restaurar la visión natural del objeto.

La investigación aparece en Naturaleza de Comunicaciones. El equipo ahora está trabajando, probando variaciones en el tema que podrían restaurar la visión del color y aumentar aún más la agudeza y la adaptación. El Instituto Nacional del Ojo de los Institutos Nacionales de la Salud, el Centro de Desarrollo de Nanomedicina para el Control Óptico de la Función Biológica, la Fundación para la Lucha contra la Ceguera, la Fundación Hope for Vision y el Instituto de Investigación Médica Lowy apoyaron la investigación.

Fuente: UC Berkeley

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