Исправить ошибку в коде зрения: от генотерапии до оптогенетики
Мы редко задумываемся, как много в нашей жизни зависит от зрения — до тех пор, пока оно не начинает исчезать. Потеря зрения не убивает, но буквально выключает человека из мира: мешает работать, читать, узнавать лица. По оценкам ВОЗ, сегодня более 43 млн человек живут с полной слепотой, а около 295 млн — с тяжелыми нарушениями зрения. Ученые научились не просто корректировать зрение, а чинить саму его основу — ДНК, клетки и даже сигналы, идущие к мозгу. На наших глазах слепота перестает быть приговором и становится задачей, которую наука уже учится решать.
Офтальмология не случайно оказалась на переднем крае биомедицины. Здесь сходятся генная терапия, клеточные технологии и цифровая диагностика. Глаз — идеальный полигон для таких экспериментов: изолированный, прозрачный, открытый взгляду науки.
Что уже работает: Luxturna
Первый настоящий прорыв в терапии наследственной слепоты связан с препаратом Luxturna — эта генная терапия одобрена в США и ряде стран ЕС. Она нацелена на редкие мутации гена RPE65, которые встречаются примерно у 8% пациентов с врождённым амаврозом Лебера и около 2% пациентов с пигментным ретинитом.
Препарат представляет собой вирусный вектор AAV, в который «упакована» исправленная копия гена RPE65. Его вводят прямо под сетчатку в ходе микрохирургической операции: это позволяет доставить терапию точно в те клетки, где нарушена работа белка, отвечающего за цикл зрительного пигмента. После инъекции клетки начинают вырабатывать нормальный фермент, и фоторецепторы, которые еще не погибли, частично восстанавливают функцию.
В ходе клинического исследования фазы III однократная доза данного препарата улучшала зрение через год — это измерялось тестом, в котором пациенты ориентировались при различной интенсивности света (у участников исследования происходило усиление светочувствительности и расширение полей зрения); причем первые улучшения наблюдались через 30 дней после начала лечения. Здесь также фиксировали некоторое усиление остроты зрения — правда, оно не было статистически значимым. На данный момент известно, что улучшения зрения сохраняются в течение минимум пяти лет после инъекции «Люкстурны», однако наблюдения еще продолжаются.
И хотя у «Люкстурны» есть целый ряд побочных эффектов, это лекарство остается самым настоящим прорывом: оно дает людям, которым грозила полная слепота, шанс снова видеть.
Главная проблема — доступность. В США стартовая цена составила около $425 тыс. за один глаз, то есть почти $1 млн за полное лечение. В Европе стоимость снижают через специальные договоры с регуляторами и страховыми компаниями, но терапия все равно остается одной из самых дорогих в мире. Это уже не вопрос биологии, а экономики и оценки технологий здравоохранения.
Успех Luxturna стал для офтальмологов очень значимым, и после публикаций результатов десятки лабораторий по всему миру начали работать над аналогичными методами для других форм наследственной слепоты.
Редактирование ДНК «вживую»
Если Luxturna чинит зрение, «подкладывая» правильный ген, то новое поколение терапий идет дальше — исправляет ошибку прямо в ДНК пациента. Такой подход впервые проверили у людей с врожденной слепотой LCA10, вызванной мутацией в гене CEP290.
В 2024 году опубликованы результаты первого в мире клинического исследования, где редактирование CRISPR провели прямо внутри глаза.
В эксперименте участвовали 12 взрослых людей (в возрасте от 17 до 63 лет) и двое детей (10 и 14 лет). Все испытуемые родились с амаврозом Лебера — наследственным заболеванием, при котором из-за дефектных генов в сетчатке дисфункционируют и не восстанавливаются светочувствительные клетки. Такая патология приводит к потере зрения уже в детском возрасте. По статистике болезнь проявляется в среднем у двух-трех из 100 тысяч новорожденных.
Препарат EDIT-101 ввели субретинально: вирус-носитель (AAV5) доставил в клетки сетчатки систему CRISPR-Cas9, которая «вырезала» дефектный участок ДНК и позволила клеткам снова синтезировать нужный белок.
У 11 из 14 пациентов зафиксировали улучшения хотя бы по одному зрительному тесту — от светочувствительности до способности различать контуры, значительные улучшения (по двум и более тестам) наблюдались примерно у половины участников. То есть эффект был умеренный, но клинически значимый.
Побочных эффектов, способных прервать исследование, не обнаружили. Это впервые доказало, что геном можно редактировать прямо в живом человеческом глазу — без изъятия клеток и без пересадки.
Следующие испытания: точность и дозировка
Сейчас похожие подходы тестируют для других редких мутаций, в частности RPGR, ответственного за одну из форм пигментного ретинита у мужчин. В клиническом исследовании LUMEOS в 2024 году участвовали 95 пациентов, 58 из которых получили однократно низкую или высокую дозу генной терапии. X-сцепленный пигментный ретинит (XLRP) — тяжелая форма наследственного заболевания сетчатки, при котором постепенная потеря фоторецепторов приводит к сужению полей зрения и слепоте. Большинство участников были мужчины, поскольку мутация передается по Х-хромосоме и проявляется уже в детстве.
Однако, первая масштабная программа LUMEOS не достигла основного критерия эффективности: пациенты ориентировались в пространстве лучше, но в среднем недостаточно, чтобы результаты стали статистически значимыми. Тем не менее офтальмологи называют это не провалом, а уроком точности — стало ясно, как тонко нужно подбирать дозу и место доставки.
CRISPR-терапии для глаза развиваются особенно быстро, потому что орган зрения — идеальный полигон: он изолирован, хорошо наблюдается и реагирует на минимальные изменения. Ученые шутят, что сетчатка — лучший биологический экран: на ней можно сразу увидеть, заработал ли код.
Российский ответ на проблему
Пока крупные компании в США и Европы тестируют редактирование ДНК, российские ученые развивают собственные подходы, не менее амбициозные, но сосредоточенные на решении технических ограничений, которые мешали генной терапии шагнуть дальше. Исследователи Научного центра трансляционной медицины НТУ «Сириус» разработали технологию, которая позволяет «собирать» крупные терапевтические белки прямо внутри клетки — словно пазл. Это решает одну из главных проблем современной офтальмологии: многие гены, отвечающие за тяжелые формы наследственных ретинопатий, слишком большие, чтобы поместиться в стандартные вирусные векторы (AAV), применяемые для доставки генетического материала.
Ученые применили механизм белкового сплайсинга, при котором особые молекулы-интеины «склеивают» две части белка в единую рабочую структуру. Сначала технологию проверили на модельном белке GFP — он был разделён на две половины, а затем успешно собран обратно внутри клеток человека, в том числе клеток эпителия сетчатки. После оптимизации конструкции эффективность сборки выросла до 70–80 %.
Технология уже опробована на модели болезни Штаргардта — одной из самых распространенных форм наследственной макулярной дегенерации. После введения двух векторов в глаз мыши гены объединились, и уровень собранного белка оказался в два раза выше, чем в контрольной группе. Это значит, что метод действительно работает в живых тканях и может стать основой для будущих препаратов, включая терапии при других наследственных заболеваниях, таких как гемофилия А, муковисцидоз или миодистрофия Дюшенна.
Сейчас команда «Сириуса» проверяет биобезопасность и эффективность новой системы in vivo. Если результаты подтвердятся, Россия сможет создать собственные генные препараты для лечения наследственных ретинопатий — без необходимости полагаться на зарубежные лицензии.
Оптогенетика: когда фоторецепторы уже погиблиНо даже если ученые научатся «собирать» самые сложные гены и доставлять их в клетки, останется главный предел — время. При наследственных дистрофиях сетчатки фоторецепторы часто гибнут раньше, чем к ним успевает дойти лечение. Когда исправлять уже нечего, приходится искать обходной путь — и именно тут начинается история оптогенетики, технологии, которая пытается вернуть свет тем, у кого клетки зрения безвозвратно утрачены.
В норме свет улавливают фоторецепторы — палочки и колбочки. Они передают сигнал дальше по цепочке, к ганглионарным клеткам, которые несут информацию в мозг. Когда фоторецепторы погибают, связь обрывается. Оптогенетика предлагает обойти этот обрыв: сделать чувствительными к свету сами ганглионарные клетки, чтобы они напрямую «слышали» световые сигналы.
Ученые из французской компании GenSight Biologics сделали то, что ещё недавно казалось фантастикой. Они ввели в глаз пациента безвредный вирус, который доставил ген особого белка, светочувствительного опсина. Этот белок, ChrimsonR, работает как фотодатчик: когда на него попадает свет, он запускает электрический импульс в клетке. Чтобы сигнал был достаточно сильным, пациент надевает специальные очки-проектор, которые усиливают изображение и подают его в нужном спектре света.
В 2021 году в журнале Nature Medicine описан случай, когда мужчина 58 лет, потерявший зрение много лет назад, смог различать предметы на столе и даже пешеходный переход — пусть и с помощью этих очков-усилителей.
Эта технология не зависит от конкретной мутации — и в этом её главное преимущество. Она может подойти самым разным пациентам, у которых фоторецепторы уже погибли, независимо от причины болезни. Правда, пока зрение, которое она возвращает, остаётся очень грубым: человек видит контрасты, движение и очертания, но не цвета и детали. Требуется адаптация и тренировка мозга, чтобы научиться воспринимать эти сигналы как образы.
ИИ и цифровые «глаза»
Искусственный интеллект уже умеет замечать первые признаки болезней, которые могут привести к слепоте, — задолго до того, как человек что-то почувствует. В 2018 году FDA впервые одобрило автономную систему диагностики IDx-DR, которая по снимку глазного дна определяет диабетическую ретинопатию — одно из самых частых заболеваний сетчатки в мире.
Врачу даже не нужно подтверждать результат: программа сама ставит диагноз с точностью, сравнимой с офтальмологом.
Следующий шаг — не просто узкие алгоритмы, а универсальные модели, обученные на миллионах изображений глаз. В 2023 году исследователи из Moorfields Eye Hospital и Google DeepMind представили фундаментальная модель RETFound, способную по снимку глаза предсказать риск не только глазных болезней, но и инсульта, диабета или болезни Паркинсона.
Оказалось, что глазное дно — своеобразная «карта здоровья» организма: сосуды, пигмент, нервы отражают состояние почти всех систем.
Такие технологии уже начинают менять практику. В некоторых клиниках Европы пациенты с диабетом фотографируют глазное дно прямо в аптеке, а результат уходит в облако, где ИИ моментально решает, нужен ли визит к врачу. Разрабатываются даже домашние офтальмологические приборы — мини-сканеры, подключаемые к смартфону. Они позволяют отслеживать, например, возрастную макулодистрофию, хроническое заболевание, поражающее центральную область сетчатки глаза (макулу), что приводит к ухудшению или потере центрального зрения, не выходя из дома.
Мир, который снова становится видимым
Инновации для зрения идут сразу по трем путям — биологическому, цифровому и инженерному. Одни ученые учатся чинить гены и возвращать фоторецепторам способность видеть, другие — создают обходные пути, передавая световые сигналы напрямую в нейросеть глаза, третьи — ставят искусственный интеллект в роль раннего диагноста.
Все эти подходы пока далеки от совершенства, но они уже меняют само понимание того, что значит «потерять зрение». И уже не за горами время, когда это уже не будет приговором, а лишь сложной инженерной задачей, где работают генетики, программисты, офтальмологи и физики-оптики.
Через несколько лет «умные очки» и ИИ-скрининг могут стать такой же частью жизни, как очки или линзы сегодня. А в клиниках, возможно, будут не только проверять зрение, но и перепрошивать его с той же уверенностью, с какой сейчас корректируют диоптрии.
Друзья, а мы продолжаем следить за развитием медицины и за открытиями ученых, подписывайтесь! Телеграм-канал, Дзен