Siatkówka to prawdziwy cud bioinżynierii. Rozumiemy, jak działa, ale wciąż mamy trudności z jej naprawą, niezależnie od zastosowanych narzędzi. W ostatnich dwóch dekadach poczyniono ogromne postępy w neurobiologii widzenia, ale wciąż niewystarczające, by mówić o metaforycznym "włączeniu światła". Dlatego w kwestii naprawy wzroku wciąż działamy nieco... po omacku. Wielu ekspertów wierzy, że kiedyś to będzie możliwe, a do osiągnięcia tego celu prowadzi kilka różnych dróg.
Nowe komórki, nowy wzrok
Siatkówka jest częścią oka, która odbiera bodźce wzrokowe. Ma postać błony znajdującej się wewnątrz gałki ocznej, na jej tylnej powierzchni i zawiera 3 z 4 neuronów drogi wzrokowej. Podstawowymi elementami budowy siatkówki są ułożone warstwowo komórki nerwowe, które łączą się z mózgiem przy pomocy nerwu wzrokowego. Najważniejszą rolę odgrywają tu fotoreceptory (światłoczułe receptory): czopki (ok. 6 milionów) i pręciki (ok. 100 mln). Występują tu także komórki dwubiegunowe i komórki zwojowe - te drugie prawdopodobnie odpowiadają za regulację rytmu dobowego, bo zawierają melanopsynę.
Pręciki są wrażliwe na natężenie światła i umożliwiają widzenie czarno-białe. Zawierają barwnik - rodopsynę - i są ulokowane głównie w peryferyjnych częściach siatkówki. Czopki z kolei odpowiadają za widzenie barwne i skupiają się w centralnej części siatkówki. Zawierają trzy barwniki reagujące na światło niebieskie, zielone i czerwone. Warto wspomnieć także, że do siatkówki przylega warstwa komórek wypełnionych czarnym barwnikiem, który pochłania nadmiar światła wpadającego do oka.
W przypadku wielu chorób oczu np. związanego z wiekiem zwyrodnienia plamki żółtej (AMD) czy barwnikowego zapalenia siatkówki (RP), następuje degeneracja komórek siatkówki, więc są one dobrym celem dla komórek macierzystych.
- Wielu naukowców wierzy w moc komórek macierzystych. Nie sądzę jednak, abyśmy w najbliższej przyszłości byli w stanie odbudować siatkówkę tak, jak jest ona zbudowana przy urodzeniu. Jesteśmy dość blisko przywrócenia widzenia monochromatycznego, które umożliwia ludziom czytanie. To są badania związane z AMD i RP, gdzie dokonuje się przeszczepu płatów siatkówki. W tym przypadku część siatkówki lub warstwy nabłonka barwnikowego siatkówki jest dodawana do oka gospodarza i ostatecznie integrowana - mówi dr Andrzej Foik z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER), lider Obi Lab.
Terapie komórkami macierzystymi, w których własne komórki organizmu mogą być nakłaniane do różnicowania się w komórki siatkówki lub nawet w całą siatkówkę, są bardzo obiecujące. To trochę jak proces produkcji części zamiennych do samochodu. Pacjenci, którzy stracili czopki lub pręciki, ale zachowali resztę architektury neuronalnej, mogliby skorzystać z przeszczepu fotoreceptorów, podczas gdy ci, u których choroba postępuje dalej, potrzebowaliby większej rekonstrukcji.
- Na razie większość tych badań przeprowadza się na zwierzętach, które cierpią na podobne choroby jak ludzie. Przeprowadziliśmy takie badania, w których przeszczepiliśmy siatkówkę do oka ślepego szczura. Działało to całkiem dobrze i zwierzęta mogły widzieć różne wzory na ekranie, ale tylko w obszarze przestrzeni odpowiadającej lokalizacji samego przeszczepu. Oznacza to, że nie możemy jeszcze zastąpić całej siatkówki. Chcemy hodować komórki siatkówki w laboratorium, dlatego praca nad organoidami jest tak ważna - wyjaśnia dr Andrzej Foik.
Obiecujące organoidy
Organoidy to miniaturowe i uproszczone wersje narządów wyprodukowane in vitro. Ich celem nie jest zastąpienie funkcjonujących organów, a odtworzenie ich funkcji i anatomii w warunkach laboratoryjnych (np. do testowania leków). W 2021 r. zespół naukowców kierowany przez doktora Jaya Gopalakrishnana ze Szpitala Uniwersyteckiego w Düsseldorfie ogłosił wytworzenie minimózgów z zestawem podobnych do oka struktur zwanych pęcherzykami optycznymi. Budująca je tkanka to prymitywny odpowiednik siatkówki, obdarzona zdolnością wykrywania światła. Na świecie prowadzonych jest wiele podobnych projektów badawczych, choć powinniśmy się spodziewać raczej stopniowego postępu.
- Organoidy są wykorzystywane w dwóch różnych, ale uzupełniających się wariantach w badaniach nad chorobami oczu. Wywodzą się one z komórek macierzystych i pomimo złożoności siatkówki, samoorganizują się w trójwymiarowe systemy narządów, które są morfologicznie i funkcjonalnie podobne do typów komórek siatkówki, które mogą być następnie wykorzystane w doświadczeniach laboratoryjnych. W szczególności mogą one pomóc w modelowaniu chorób siatkówki, dla których nie ma dobrych modeli zwierzęcych oraz, co ważne, oferują platformę do rozwoju i walidacji leków terapeutycznych. Są one również dobrym źródłem fotoreceptorów, które mogą być wykorzystane w terapiach przeszczepiania komórek i w walce ze ślepotą - wyjaśnia dr Humberto Fernandes z ICTER, lider grupy Zintegrowanej Biologii Strukturalnej.
W tym momencie nie ma mowy o wykorzystaniu organoidów jako źródła "części zapasowych" dla naszego organizmu. Sprawdzają się jako miniaturowe modele, ale nie możemy odnosić ich funkcjonowania 1:1 do pełnowymiarowych narządów.
Jeszcze dalej od realizacji jest przeszczep gałki ocznej, który przez wielu jest określany jako Święty Graal chirurgii oka. Potrafimy zbudować całkiem dobrze funkcjonujące protezy i elektroniczne implanty oferujące proste wrażenia wzrokowe, ale transplantacja gałki ocznej od jednej osoby do drugiej wciąż pozostaje poza naszym zasięgiem. Trudno stwierdzić, dlaczego tak się dzieje, skoro radzimy sobie z przeszczepami nerek, serc, a nawet twarzy. Dr Humberto Fernandes zna odpowiedź.
- Głównym powodem jest to, że oko łączy się z mózgiem za pośrednictwem nerwu wzrokowego - który wraz z mózgiem i rdzeniem kręgowym tworzy centralny układ nerwowy (CNV) - a komórki nerwowe z CNV nie są zdolne do regeneracji. W tym przypadku, komórki nerwowe będą musiały odrosnąć i ustanowić nowe połączenia z mózgiem. Zanim to nastąpi, musimy jeszcze opanować czynniki, które sprawiają, że neurony umierają po odcięciu od ciała dawcy. Niemniej jednak ogromny rozwój technik mikrochirurgicznych, postęp w dziedzinie leków immunosupresyjnych oraz pewne postępy w "łamaniu kodu" nerwu wzrokowego dają nadzieję na przyszłość, w której przeszczepy oczu staną się rzeczywistością - wyjaśnia dr Humberto Fernandes z ICTER.
Terapie już tu są
Jest jednak pole, na którym naukowcy całkiem dobrze radzą sobie z przywracaniem wzroku - mowa o terapiach genowych. Polegają one na modyfikowaniu ekspresji genów lub zmianie właściwości żywej komórki - w praktyce może wydawać się to proste, ale wcale takie nie jest. W marcu 2018 r. amerykańska FDA, a pod koniec listopada 2018 r. Komisja Europejska zatwierdziły pierwszą terapię genową w leczeniu dziedzicznych dystrofii siatkówki, co wzbudziło ogromny entuzjazm w świecie nauki. Luxturna, bo o niej mowa, jest stosowana w leczeniu wrodzonej ślepoty Lebera (LCA).
- W tej chorobie ludzie nie produkują retinalu potrzebnego do wykrywania światła, dlatego nie widzą, nawet jeśli siatkówka nie uległa jeszcze degeneracji. Lek ma na celu dostarczenie prawidłowej wersji enzymu zwanego RPE65 do nabłonka barwnikowego siatkówki i przywrócenie produkcji chromoforu. Podobne eksperymenty przeprowadziliśmy we współpracy z prof. Palczewskim z UC Irvine i współtwórcą naszego ośrodka. Używając specjalnie zaprojektowanego narzędzia, mogliśmy skorygować mutację w białku RPE65 i w pełni przywrócić widzenie u ślepych myszy. Udało nam się to potwierdzić nawet na poziomie kory wzrokowej, co jest bardzo istotnym dowodem. Myszy, które w ogóle nie widziały, zaczęły widzieć normalnie - jak zdrowe zwierzęta - tłumaczy dr Andrzej Foik z ICTER.
Luxturna jest wektorem adenowirusowym, który polega na dostarczeniu prawidłowej kopii genu RPE65 bezpośrednio do komórek siatkówki. Produkowane jest tam białko, które hamuje utratę wzroku, ale dla bezpieczeństwa, lek podaje się do obu oczu z odstępem czasowym minimum 6 dni. Efekty takiej terapii są niezwykłe - u pacjenta występuje znaczna poprawa czułości siatkówki na światło, chociaż ostrość widzenia nie zawsze udaje się skorygować.
Wydaje się, że to właśnie terapie genowe mogą zaoferować pacjentom najwięcej opcji leczniczych "tu i teraz". Badania kliniczne nad kolejnymi już trwają i mogą uwolnić nas od takich chorób jak achromatopsja, choroideremia, choroba Stargardta czy syndrom Ushera. Wiele jest jeszcze do zrobienia, ale w tej materii są realne postępy. Być może właśnie dzięki terapiom genowym u osób niewidomych w końcu uda się "zapalić światło".