Интенсивные попытки создания из стволовых клеток новых фоторецепторных клеток в комбинации с совершенствованием методов тканевой инженерии успешно предпринимаются достаточно давно. Однако следует при этом иметь в виду, что молекулярные механизмы, обеспечивающие строго направленную клеточную дифференцировку соответствующих стволовых (прогенитальных) клеток, в основном остаются невыясненными. Также остаются неясными те требования, которые необходимо удовлетворить для успешной интеграции и сохранения в ткани (в фоторецепторном слое денегеративной сетчатки) уже доставленных туда новых клеток.
Совсем недавно в опытах in-vitro методами клеточной инженерии удалось получить сетчатку глаза. Речь в данном случае идёт об образовании трёхмерной ткани сетчатки, содержащей в соответствующих слоях все её основные типы клеточных элементов, включая фоторецепторы, способные осуществлять фототрансдукцию, а от нервных клеток такой сетчатки отводились соответствующие их природе электрические потенциалы.
Оптогенетические методы позволили разработать способ создействия на ганглиозные клетки не извне (как при методах генной инженерии), а изнутри. Это физиологическое возбуждение или торможение нервных клеток осуществляется с помощью генетически "импланированных" в их плазматическую мембрану светочувствительных ионных каналов или иных светочувствительных оптогенетических "инструментов".
Первые и успешные с точки зрения возможности перехода к клиническим испытаниям шаги сделаны в отношении ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки мышей (пигментный ретинит), которые удалось превратить в «псевдо-фоторецепторные» клетки с ON-OFF рецептивными полями. Конкретно, речь идёт о работе одной из ведущих в этой области лаборатории в Wayne State University School of Medicine в Детройте, опубликованной в 2013 г.
В этой работе авторам удалось "имплантиовать" в плазматическую мембрану неповреждённых ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки два канальных белка, при освещении которых оказалось возможным возбудить или затормозить активность этих клеток и восстановить ON- и OFF-центры их рецептивных полей, что является принципиально важным условием для обработки, посылаемой этими клетками в зрительные области мозга информации. Благодаря этому становится возможным восстановить, хотя бы частично, пространственное зрение.
Что касается "имплантированных" в этой работе управляемых светом ионных каналов, то речь идёт о семействе ретиналь-содержащих белков, т. н. канальных родопсинах (channelrhodopsin), способных при действии на них света переносить через плазматическую мембрану катионы или анионы. Обладателями этих родопсинов являются архебактерии или зелёные водоросли, т. е. это родопсины не животного происхождения. С родопсинами животного происхождения - зрительным пигментом родопсином или меланопсином - их связывает только то, что и те, и другие содержат в качестве хромофорной группы ретиналь и что топография лолипептидной белковой цепи в мембране у них одинаковая (полипептидная цепь 7 раз пересекает мембрану). Однако функционально это совершенно разные светочувствительные белки. Для доставки гена светочувствительного канального родопсина в ганглиозные клетки дегенеративной сетчатки, используется хорошо известный вектор - рекомбиннатныи адено-ассоциированный вирус. Именно такой вирус разрешён для использования при генной терапии в офтальмологии.
Принципиально важным остаётся вопрос о белковых мишенях (белковых мотивах), которых должен достичь и на которые должен "сесть" в плазматической мембране ганглиозной клетки адено-ассоциированный вирус. В упомянутой выше работе американских авторов удалось идентифицировать два таких белковых мотива, явившихся мишенью для адено-ассоциированного вируса, доставившего гены канального родопсина-2 и галородопсина в плазматическую мембрану ганглиозной клетки.
Помимо "имплантируемых" в плазматическую мембрану ганглиозных клеток ретиналь-содержащих белков, переносящих катионы или анионы, и способных, таким образом, деполяризовать (возбудить) или гиперполяризовать (затормозть) физиологическую активность этих клеток и создать их ON-OFF рецептивные поля, вполне реальным могло бы быть "имплантирование" и других, модифицированных канальных ретиналь-содержащих белков, максимумы секторов поглощения которых находятся в различных областях видимого спектра.
В таком случае можно было бы надеяться на хотя бы частичное восстановление цветового зрения. Иными словами можно было бы превратить ганглиозные клетки дегенеративной сетчатки не просто в "псевдо-фоторецепторы", а в "псевдо-колбочки". При комбинации двух канальных родопсинов, поглощающих свет в зеленой и синей областях спектра, можно было бы восстановить если не нормальное трихроматическое, то, по крайней мере, дихроматическое цветовое зрение.
Ещё одна заманчивая возможность - восстановить в ганглиозных клетках с помощью современных онтогенетических подходов весь ферментативный каскад усиления светового сигнала, наподобие каскада фоторецепции, существующего в фоторецепторных клетках. Речь идёт о генетической "имплантации" светочувствительных белков, способных активировать белки-ферменты.
Таким образом, онтогенетическое протезирование первую очередь протезирование ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки, может уже в ближайшей перспективе привести к частичному восстановлению зрительного восприятия у полностью слепых пациентов, включая пространственное и даже цветовое зрение.
При выборе стратегии оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки важно учитывать физиологические особенности её клеточных элементов и принимать во внимание те патологические нарушения, которые в них происходят при той или иной форме заболевания. Важно понимать при этом, что в определённых клеточных элементах дегенеративной сетчатки нарушения могут и не происходить. В первую очередь к таким элементам относятся ганглиозные клетки. Следует также отдавать себе отчёт в том, что успешное оптогенетическое протезирование, выполненное на экспериментальных моделях, ещё не означает, что оно в неизменном виде может быть перенесено в офтальмологическую клинику.
Совсем недавно в опытах in-vitro методами клеточной инженерии удалось получить сетчатку глаза. Речь в данном случае идёт об образовании трёхмерной ткани сетчатки, содержащей в соответствующих слоях все её основные типы клеточных элементов, включая фоторецепторы, способные осуществлять фототрансдукцию, а от нервных клеток такой сетчатки отводились соответствующие их природе электрические потенциалы.
Оптогенетические методы позволили разработать способ создействия на ганглиозные клетки не извне (как при методах генной инженерии), а изнутри. Это физиологическое возбуждение или торможение нервных клеток осуществляется с помощью генетически "импланированных" в их плазматическую мембрану светочувствительных ионных каналов или иных светочувствительных оптогенетических "инструментов".
Первые и успешные с точки зрения возможности перехода к клиническим испытаниям шаги сделаны в отношении ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки мышей (пигментный ретинит), которые удалось превратить в «псевдо-фоторецепторные» клетки с ON-OFF рецептивными полями. Конкретно, речь идёт о работе одной из ведущих в этой области лаборатории в Wayne State University School of Medicine в Детройте, опубликованной в 2013 г.
В этой работе авторам удалось "имплантиовать" в плазматическую мембрану неповреждённых ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки два канальных белка, при освещении которых оказалось возможным возбудить или затормозить активность этих клеток и восстановить ON- и OFF-центры их рецептивных полей, что является принципиально важным условием для обработки, посылаемой этими клетками в зрительные области мозга информации. Благодаря этому становится возможным восстановить, хотя бы частично, пространственное зрение.
Что касается "имплантированных" в этой работе управляемых светом ионных каналов, то речь идёт о семействе ретиналь-содержащих белков, т. н. канальных родопсинах (channelrhodopsin), способных при действии на них света переносить через плазматическую мембрану катионы или анионы. Обладателями этих родопсинов являются архебактерии или зелёные водоросли, т. е. это родопсины не животного происхождения. С родопсинами животного происхождения - зрительным пигментом родопсином или меланопсином - их связывает только то, что и те, и другие содержат в качестве хромофорной группы ретиналь и что топография лолипептидной белковой цепи в мембране у них одинаковая (полипептидная цепь 7 раз пересекает мембрану). Однако функционально это совершенно разные светочувствительные белки. Для доставки гена светочувствительного канального родопсина в ганглиозные клетки дегенеративной сетчатки, используется хорошо известный вектор - рекомбиннатныи адено-ассоциированный вирус. Именно такой вирус разрешён для использования при генной терапии в офтальмологии.
Принципиально важным остаётся вопрос о белковых мишенях (белковых мотивах), которых должен достичь и на которые должен "сесть" в плазматической мембране ганглиозной клетки адено-ассоциированный вирус. В упомянутой выше работе американских авторов удалось идентифицировать два таких белковых мотива, явившихся мишенью для адено-ассоциированного вируса, доставившего гены канального родопсина-2 и галородопсина в плазматическую мембрану ганглиозной клетки.
Помимо "имплантируемых" в плазматическую мембрану ганглиозных клеток ретиналь-содержащих белков, переносящих катионы или анионы, и способных, таким образом, деполяризовать (возбудить) или гиперполяризовать (затормозть) физиологическую активность этих клеток и создать их ON-OFF рецептивные поля, вполне реальным могло бы быть "имплантирование" и других, модифицированных канальных ретиналь-содержащих белков, максимумы секторов поглощения которых находятся в различных областях видимого спектра.
В таком случае можно было бы надеяться на хотя бы частичное восстановление цветового зрения. Иными словами можно было бы превратить ганглиозные клетки дегенеративной сетчатки не просто в "псевдо-фоторецепторы", а в "псевдо-колбочки". При комбинации двух канальных родопсинов, поглощающих свет в зеленой и синей областях спектра, можно было бы восстановить если не нормальное трихроматическое, то, по крайней мере, дихроматическое цветовое зрение.
Ещё одна заманчивая возможность - восстановить в ганглиозных клетках с помощью современных онтогенетических подходов весь ферментативный каскад усиления светового сигнала, наподобие каскада фоторецепции, существующего в фоторецепторных клетках. Речь идёт о генетической "имплантации" светочувствительных белков, способных активировать белки-ферменты.
Таким образом, онтогенетическое протезирование первую очередь протезирование ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки, может уже в ближайшей перспективе привести к частичному восстановлению зрительного восприятия у полностью слепых пациентов, включая пространственное и даже цветовое зрение.
При выборе стратегии оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки важно учитывать физиологические особенности её клеточных элементов и принимать во внимание те патологические нарушения, которые в них происходят при той или иной форме заболевания. Важно понимать при этом, что в определённых клеточных элементах дегенеративной сетчатки нарушения могут и не происходить. В первую очередь к таким элементам относятся ганглиозные клетки. Следует также отдавать себе отчёт в том, что успешное оптогенетическое протезирование, выполненное на экспериментальных моделях, ещё не означает, что оно в неизменном виде может быть перенесено в офтальмологическую клинику.