Как с помощью генотерапии лечат генетические заболевания глаз? Почему зрение ухудшается с возрастом? Какие получены результаты трансплантации клеток пигментного эпителия сетчатки глаза, выращенных из эмбриональных стволовых клеток? На эти и другие вопросы отвечает доктор биологических наук Сергей Киселев.

Глаз — это специальный человеческий прибор, который напоминает — и мы все знаем — фотоаппараты. Ведь это свет, который проходит через линзу, фиксируется — раньше фиксировался на фотопленку, на кинопленку, но теперь фиксируется на специальной подложке, которая воспринимает пиксели, воспринимает отдельные световые импульсы и преобразует в те или иные сигналы. Точно так же, как и любой фотоаппарат, любой объектив, устроен человеческий глаз. Итак, это объектив, через объектив проходит свет, и при попадании его либо на пленку, либо на матрицу, содержащую пиксели, возникает сигнал об этом изображении.

Понятно, мы можем взять и уронить фотоаппарат, и он разобьется — не будет проходить свет. Случайным образом могут быть выбиты пиксели, как сейчас есть битые пиксели на телевизорах, в камерах они тоже есть, будут битые пиксели, и свет, информация будет потеряна там, где разбит пиксель. То же самое происходит и у человека, когда начинаются глазные болезни. Например, есть такое наследственное генетическое заболевание, как амавроз Лебера. Это связано с тем, что происходит мутация в определенном гене, который как раз ответственен за принятие сигнала, то есть, условно назовем, за некий пиксель. Поскольку этот ген работает во всех клетках сетчатки глаза, того, что принимает световой сигнал, то получается, что вся матрица имеет битые пиксели, человек живет в темноте.

Генотерапия
Микробиолог Константин Северинов о причинах заболеваний, методах лечения и борьбе бактерий с вирусами

Всего лишь один ген — и полная слепота с рождения до конца жизни. Но оказалось, что если мы восстановим, исправим функцию этого гена, то может восстановиться зрение. Сделано это было не так давно, в 2010 году журнал Science опубликовал исследование. Ген, который был поврежден у этих людей, RPE65, в нормальной своей форме был встроен в аденовирусный вектор. Мы все знаем аденовирусы, аденовирусную инфекцию, мы болеем этой инфекцией каждый год, и этим аденовирусом можно манипулировать. Так что в него мы поместили нормальный ген RPE65 и такой аденовирус закапали в глаза тем людям, которые имели генетические наследственные заболевания.

Мы все прекрасно знаем, как аденовирус легко заражает наши слизистые, так же легко этот специально сконструированный вирус заразил слизистую глаза, проник в клетки и восстановил функцию поврежденного гена. Это было действительно похоже на некое чудо. Конечно же, зрение полностью не вернулось, конечно, об этом, поскольку это самое начало, говорить еще рано. Но люди вышли из полной темноты, они стали различать темно-серые образы, по крайней мере они могли уже не натыкаться на предметы, то есть стали ориентироваться. Это очень большое достижение.

На самом деле есть не только генетические заболевания глаз, но и заболевания, которые связаны с возрастом. Ведь глаз воспринимает кванты света, и при этом воспринимаются они определенными фоторецепторными клетками, так что происходит повреждение определенного вида белка, воздействие с определенным белком, и этот сигнал, этот квант света, преобразованный в импульс, потом идет по нервной системе и детектируется как фрагмент того или иного изображения.

Оттого что кванты света попадают на этот белок, он, конечно же, становится со временем дефектным и должен быть удален. В фоторецепторных клетках этот специальный белок слущивается и выбрасывается наружу, потому что он уже стал старый, он уже не может хорошо воспринимать квант света. Специальные клетки, которые находятся рядом с фоторецепторными, поглощают этот неправильный белок, удаляя его.

Происходит постоянная наработка белка, приход света, фиксация света, использованный белок удаляется из клетки и поглощается другими клетками, которые очищают это пространство.

Сколько это может происходить? Это не может происходить бесконечно долго, с возрастом эта система нарушается, и нарушается она чаще всего из-за того, что начинают страдать клетки, которые поглощают этот использованный белок. Эти клетки носят название пигментного эпителия сетчатки глаза. Они начинают погибать. Как только клетки начинают погибать, появляется избыток использованного белка, начинает происходить гибель клеток фоторецепторов, то есть тех клеток, посредством которых возникает зрительный импульс и мы видим те или иные образы.

Конечно, это происходит в тех районах, где через глаз проходит максимум света. Это центральное зрение, потому что примерно 70% — это центральное зрение, и только остальные процентов 20 — боковое зрение. То есть центральная часть глаза, макула, страдает из-за того, что дегенерировали клетки пигментного эпителия сетчатки, а за ними уже фоторецепторные клетки. Примерно 50–60% населения Земли в возрасте за 60 лет начинают страдать возрастной макулодистрофией. Возможно ли им помочь?

Очень интересные эксперименты и даже клинические вещи сделали британские ученые. Они брали периферический пигментный эпителий — повреждается у нас в основном центральный, — трансплантировали в центр и таким образом восстанавливали зрение. Как часто бывает, в трансплантации при ожогах используют собственную кожу, взятую с необожженного места, — здесь точно так же. Грубо говоря, необожженный светом пигментный эпителий трансплантировали в центр, и зрение восстанавливалось.

Способы получения плюрипотентных клеток
Биолог Сергей Киселев о выращивании плюрипотентных клеток, генетическом репрограммировании и «магическом коктейле Яманаки»

В одних случаях это возможно, в других это меньше возможно, потому что может быть повреждение и периферического пигментного эпителия. Конечно, всегда искали источник материала, который может служить для трансплантации. Этим источником сначала оказались эмбриональные стволовые клетки человека — это клетки, которые универсальны по своим стволовым свойствам, из которых можно получить любой специализированный тип клеток. И оказалось, что из них достаточно просто можно получать как раз клетки пигментированного эпителия ретины. Мы получаем их в своей лаборатории, у нас опубликованы на этот счет статьи, и единственный недостаток, конечно, — что это очень долго. Примерно 4–5 месяцев занимает вырастить этот пигментированный эпителий ретины на чашке. Но, действительно, на чашке в лаборатории вырастают клетки, которые полны пигментов и которые профессионально работают так, что они поглощают белки, активно едят белки. Более того, как было показано американскими учеными до клинических исследований, трансплантация этого пигментного эпителия помогала крысам в экспериментальных моделях и восстанавливала зрение.

В 2009 году в Соединенных Штатах было одобрено начало клинического испытания клеток пигментированного эпителия ретины, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека, для восстановления зрения. Первая фаза клинических испытаний завершилась в конце 2014 года. Очень небольшое количество пациентов было взято в исследование — всего 18 человек, если мне не изменяет память, и более чем у половины остановилась дегенерация и произошло улучшение зрения. При этом им трансплантировали очень малое количество клеток, потому что делали это первый раз в истории человечества и боялись вызвать какие-то негативные эффекты. Не произошло никаких негативных эффектов, все оказалось хорошо, и этот метод на сегодня перешел на вторую стадию клинических исследований. Более того, исследования начались не только в США, но и в Англии, Франции, Австралии и сразу прошли очень массово.

Но это эмбриональные стволовые клетки человека. В некоторых случаях нам нужно, чтобы были родственные, индивидуальные, персональные клетки, чтобы иметь, например, возможность произвести генетическую коррекцию. Японский ученый Синъя Яманака чуть позже, чем американские ученые, в 2014 году, начал клинические испытания по трансплантации пигментированного эпителия ретины, но уже полученного из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток — это так называемые репрограммированные клетки. У пациента можно взять, например, фрагменты кожи, в лабораторных условиях произвести небольшие изменения, модификацию клеток, и они приобретают свойства эмбриональных стволовых клеток, из них тоже можно получить пигментированный эпителий ретины. В Японии сейчас активно идут клинические испытания этого метода, и я думаю, что через пару лет нас действительно ждет революция в области новых методов терапии заболеваний глаза с помощью клеточных и генных технологий.

Автор: Сергей Киселев
доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН