Экспериментальные глазные капли вернули слепым мышам способность видеть

Дегенерация фоторецепторов лежит в основе нескольких основных причин слепоты, включая возрастную макулярную дегенерацию (ВМД) и пигментозный ретинит (retinitis pigmentosa, RP). Вместе эти заболевания затрагивают около 200 миллионов человек в мире и входят в число ведущих причин нарушения зрения и слепоты. Помимо тяжёлых последствий для самостоятельности и качества жизни, потеря зрения создаёт глобальное экономическое бремя, оцениваемое более чем в 400 миллиардов долларов США в год — за счёт расходов на здравоохранение и потери производительности.

При этих заболеваниях фоторецепторные клетки сетчатки, улавливающие свет, постепенно дегенерируют и погибают. При этом значительная часть нейронных цепей в более глубоких слоях сетчатки может оставаться интактной и способной функционировать. Проблема в том, что без фоторецепторов эти сохранные клетки больше не получают световых сигналов, необходимых для передачи зрительной информации в мозг.

Эта сохранившаяся схема сетчатки стала важной мишенью для учёных, стремящихся восстановить светочувствительность. Существующие подходы включают генную терапию, которая подходит лишь небольшой доле пациентов с конкретными мутациями, и электронные протезы сетчатки, которые могут быть инвазивными, дорогими и требовать значительной тренировки. Оптогенетика и светочувствительные препараты также вошли в стадию клинических испытаний. Светочувствительные препараты показали обнадёживающие результаты по безопасности, но восстановление высококачественного зрения при обычных уровнях освещённости остаётся сложной задачей.

Исследовательский консорциум под руководством Института биоинженерии Каталонии (IBEC) разработал новый класс фотопереключаемых низкомолекулярных препаратов, предназначенных для восстановления важных зрительных функций на животных моделях слепоты. Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society (JACS).

Соединения призваны взять на себя часть работы, которую обычно выполняют фоторецепторы. Их можно вводить инъекцией в глаз, как и другие офтальмологические препараты, или наносить в виде глазных капель. Ни один из методов не требует генетической модификации или имплантируемого устройства. Соединения также показали благоприятный профиль безопасности, что делает их потенциальными кандидатами для будущих терапий восстановления зрения.

«Эти молекулы не излечивают слепоту, потому что не воздействуют на причину дегенерации фоторецепторов. Но они удивительно эффективно восстанавливают зрение и делают это очень простым и потенциально удобным для пациента способом», — поясняет Pau Gorostiza, исследовательский профессор ICREA в IBEC, руководитель группы Nanoprobes and Nanoswitches, член CIBER-BBN и со-руководитель исследования.

«Нашей целью было восстановить зрение с помощью молекулярного механизма, максимально близкого к тому, как работает здоровая сетчатка», — говорит Rosalba Sortino, ранее аспирантка Университета Барселоны, ныне постдок в группе Gorostiza в IBEC и со-первый автор работы. «Вместо того чтобы обходить обработку сигнала в сетчатке, мы стремились реактивировать её на том же уровне цепи, где находились утраченные фоторецепторные клетки».

Результаты опираются более чем на 10 лет исследований. В проект входили группа Pedro de la Villa из Университета Алькалы (UAH), а также исследователи из Института перспективной химии Каталонии (IQAC-CSIC), Университета Барселоны (UB), Института медицинских исследований Рамон-и-Кахаль (IRYCIS), Автономного университета Барселоны (UAB) и Fundació Eduard Soler.

Метод основан на фотофармакологии — подходе, позволяющем обратимо управлять активностью препарата с помощью света. Исследователи изменяют химическую структуру препарата, встраивая в неё светочувствительный молекулярный переключатель. Под действием света переключатель меняет активность препарата.

С помощью этой стратегии группа создала семейство соединений, получивших название prosthe6. Эти молекулы нацелены на ON-биполярные нейроны и восстановили саккадические движения глаз (оптокинетический рефлекс) у ослеплённых личинок рыбок данио — модели, которую обычно используют для исследования остроты зрения.

Исследователи также обнаружили, что лечение способно восстанавливать врождённое поведение избегания света у мышей с моделями возрастной макулярной дегенерации и пигментозного ретинита. Здоровые мыши инстинктивно предпочитают более тёмную среду и избегают ярко освещённых пространств. Это поведение полностью зависит от работающей зрительной системы. Слепые мыши теряют это предпочтение, поскольку не могут различить свет и тьму.

Однако после введения prosthe6 слепые мыши вновь спонтанно предпочитали тёмные зоны. Это поведение показывало, что они способны обнаруживать свет и использовать зрительную информацию для управления своими действиями. Никакой тренировки не потребовалось.

Эффект проявлялся и при уровнях освещённости, сходных с освещением в помещении или на улице в пасмурный день. Это указывает на то, что лечение восстановило функциональное восприятие света в степени, достаточной для естественного зрительно управляемого поведения. Два соединения, prosthe6-12 и prosthe6-15, дали особенно многообещающие результаты: восстановленное зрительное поведение появлялось как после инъекции в глаз, так и после местного применения в виде глазных капель.

Prosthe6 действует, нацеливаясь на ON-биполярные клетки — нейроны сетчатки, которые в норме получают информацию от фоторецепторов, клеток, отвечающих за восприятие света. «При здоровом зрении ON-биполярные клетки играют ключевую роль в передаче информации о наличии света остальной части зрительной цепи. При дегенеративных заболеваниях глаз, хотя фоторецепторы утрачены, значительная часть этой цепи остаётся интактной, но неактивной. Это создаёт важную терапевтическую возможность», — поясняет de la Villa, со-руководитель исследования.

Соединения нацелены на белок mGlu6 (метаботропный глутаматный рецептор 6-го типа) в этой сохранившейся цепи сетчатки. Благодаря этому prosthe6 может эффективно замещать часть функции, которую в норме обеспечивают отсутствующие фоторецепторы. Когда свет достигает глаза, молекулы меняют форму. Это изменение запускает сигнальную передачу в сетчатке способом, напоминающим нормальный зрительный процесс. Исследователи описывают соединения как «молекулярные протезы», поскольку они позволяют сетчатке снова реагировать на свет без имплантируемой аппаратуры и генетической модификации.

Ещё одна важная особенность — способность работать при обычном освещении. В отличие от некоторых оптогенетических подходов, им не требуются устройства, усиливающие свет или доставляющие специальный свет. Молекулы малы и водорастворимы и реагируют на обычный видимый или белый свет, включая нормальное комнатное освещение и дневной свет, без необходимости в необычно интенсивных или специальных источниках.

Результаты появились вскоре после публикации первого в истории клинического испытания фотофармакологического препарата для восстановления зрения (с другой, не связанной мишенью). Этот рубеж указывает на то, что фотофармакология начинает переходить от экспериментальных исследований к потенциальному клиническому применению.

Технология prosthe6 защищена патентом, и исследователи изучают её безопасность и формуляцию с целью продлить длительность восстановленной зрительной функции. Группа также работает с Eyelumina — создаваемой спин-офф компанией, призванной привлечь инвестиции для трансляционной разработки и будущих клинических испытаний.

«Превратить это в терапию — долгий и трудоёмкий процесс, — говорит Gorostiza. — Но результаты показывают, что существует реальная возможность восстанавливать высококачественное зрение с помощью препаратов — неинвазивно, обратимо и с механизмом, независимым от конкретного заболевания сетчатки или генетической мутации, что позволит охватить большинство пациентов».

Если подход в конечном счёте окажется эффективным у людей, он может стать широко доступной и недорогой альтернативой нынешним технологиям восстановления зрения. Это может быть особенно важно для людей с поздними стадиями дегенерации сетчатки, для которых сейчас нет эффективных вариантов лечения.

Проект получил раннее финансирование от пациентского фонда Fundaluce (2016), CaixaHealth (Drug4sight, 100010434), правительства Каталонии (программы Innovadors, Producte и Peris) и CIBER-BBN (программа валоризации). Работа также вошла в докторскую диссертацию Rosalba Sortino. Университет Барселоны присудил ей Extraordinary Doctoral Prize за 2023–24 учебный год за диссертацию, защищённую на факультете фармации и пищевых наук.