Stanford-Forscher stellen blinden Mäusen durch Gentherapie das Sehvermögen wieder her

Etwas Unglaubliches ist in einem medizinischen Labor in Stanford passiert. Mäuse, die durch eine Schädigung ihres Sehnervs blind gemacht wurden, wurden darauf trainiert, durch eine Kombination von Gen- und visuellen Stimulationstherapien wieder zu sehen. Dies ist das erste Mal, dass gebrochene Verbindungen zwischen Auge und Gehirn erfolgreich in einem Säugetier wiederhergestellt wurden und Menschen mit einer Vielzahl von Augenverletzungen und -erkrankungen, einschließlich eines Glaukoms, Hoffnung geben könnten.

"Ich bin sehr optimistisch, dass wir in den nächsten fünf Jahren eine Behandlung erhalten werden, die möglicherweise nicht die vollständige Wiederherstellung der Sehkraft darstellt, sondern eine Behandlung für Blindheit unter einer Reihe wichtiger Bedingungen", sagte Andrew Huberman, leitender Autor der Forschung, erzählt Inverse. Die Ergebnisse der Studie an Mäusen wurden am Montag in veröffentlicht Nature Neuroscience.

Das hat Hubermans Team getan. Das Experiment umfasste insgesamt fast 100 Mäuse; Wissenschaftler "induzierten Blindheit" in einem Auge, indem sie einen chirurgischen Schnitt machen und den Sehnerv mit einer Zange kneifen. Im Gegensatz zu anderen Körperzellen regenerieren sich die Nervenzellen des zentralen Nervensystems nicht auf natürliche Weise. Ähnlich wie Rückenmarksverletzungen und Schlaganfälle zu dauerhaften körperlichen Beeinträchtigungen führen. Die Neuronen, die das Auge mit dem Gehirn verbinden, funktionieren auf dieselbe Weise.

Nachdem die Mäuse funktionell blind waren, begannen die Forscher damit zu experimentieren, wie das Nachwachsen von Neuronen stimuliert werden konnte. Einige Mäuse erhielten eine virale Gentherapie - ihren Augen wurde ein Virus injiziert, aber anstatt schädlich zu sein, lieferte dieses Virus einen DNA-Abschnitt, der das Wachstum in den Zielzellen stimulieren sollte. Diese Methode hat funktioniert… irgendwie. Die neuronalen Axone zeigten etwas Wachstum zurück in Richtung Gehirn, aber nicht genug, um die Verbindung wiederherzustellen. Die Mäuse waren genauso blind wie ohne Behandlung.

Eine andere Gruppe von Mäusen erhielt eine nicht-invasive visuelle Stimulationsbehandlung. Sie wurden in „eine Art IMAX-Kino für Mäuse“ gebracht, sagt Huberman, wo ihnen täglich einige Stunden lang schwarz-weiße Streifen gezeigt wurden. Die Idee hier ist, dass Neuronen nicht nachwachsen, wenn nicht elektrische Impulse durch sie laufen. Diese intensive Stimulation sollte Axone theoretisch dazu ermutigen, über den Ort der Verletzung hinaus in das Gehirn zu dringen. Ergebnisse? Meh - die Therapie hat irgendwie funktioniert, aber nicht wirklich. Die Mäuse, die diese Behandlung erhielten, zeigten ungefähr so ​​viel neuronales Nachwachsen wie die, die eine Gentherapie erhielten.

Die Magie geschah, als die Forscher die beiden Therapien kombinierten. „Wir haben enorme Synergieeffekte gesehen“, sagt Huberman. „Die Entfernung und Geschwindigkeit, mit der die retinalen Ganglienzellenaxone gewachsen sind, sind um das 500-Fache gestiegen. Und in der gleichen Zeit, in der sie normalerweise gar nicht wachsen würden, gelang es ihnen, bis zum Gehirn zurück zu wachsen. Das war wirklich unglaublich und als wir das zum ersten Mal sahen, haben wir es nicht einmal wirklich geglaubt. Aber wir haben es mehrmals wiederholt, in mindestens 20 Mäusen, und wir haben es auch mit verschiedenen Kontrollexperimenten bestätigt, und wir vertrauen jetzt diesem Ergebnis. “

Und hier ist der erstaunliche Teil: Diese Mäuse konnten wieder sehen. Ihre Vision war nicht vollständig wiederhergestellt, aber es war gut genug, dass sie einen wachsenden Schatten erkennen konnten, der sich einem herannahenden Raubtier imitierte, und angemessen darauf reagierte, indem sie in Deckung rannten. Dies wäre das funktionale Äquivalent für Menschen, vollständig blind zu werden und große Objekte und ihre Position in einem Raum erkennen zu können, sagt Huberman.

Eine weitere wichtige Forschungsfrage war, ob diese Neuronen in die richtige Richtung wachsen und sich mit der richtigen Stelle im Gehirn verbinden würden, wenn das Nachwachsen von Neuronen stimuliert werden könnte. "Könnte es sein, dass Neuronen nicht regenerieren, weil es besser ist, keine Verbindungen als die falschen Verbindungen zu haben?", Fragt Huberman. Es gibt verschiedene Arten von retinalen Ganglialzellen, und Sie möchten zum Beispiel nicht die Zellen, die auf Bewegungen reagieren, die mit dem Teil Ihres Gehirns in Verbindung stehen, der die Stimmung reguliert. "Das wäre schlecht, denn dann könnten Sie sich vorstellen, jedes Mal, wenn sich etwas durch Ihr Gesichtsfeld bewegt, würden Sie Ihre Stimmung zurückstellen oder eine Anpassung der Stimmung vornehmen."

Aber aus irgendeinem Grund behielten die abgetrennten Axone ihre Fähigkeit, den richtigen Weg zu finden und sich mit der richtigen Region des Gehirns zu verbinden. Die Forscher konnten dies demonstrieren, indem sie einige Mäuse genetisch veränderten, so dass nur bestimmte Arten von Zellen in ihrem Sehnerv grünes fluoreszierendes Protein (GFP) exprimieren. Nachdem die Bahnen nachgewachsen waren, konnten die Wissenschaftler dann sehen, wohin sie gegangen waren, und sie bestätigten, dass sie sich wieder an derselben Stelle befanden, an der sie sich vor einer Verletzung befunden hatten. „Was wir entdeckt haben, ist, dass wenn sich diese Zellen regenerieren, sie ihren Weg nach Hause finden. Sie folgen diesen langen, verschlungenen Pfaden, finden aber ihren Weg “, sagt Huberman.

Das sind großartige Neuigkeiten - vor allem, da Huberman keine Zeit mit dem Experimentieren mit Menschen verbringen möchte. "Wir gehen direkt zu Menschen", sagt er. "Ich arbeite seit fast zwei Jahrzehnten an der Entwicklung der Netzhaut und der visuellen Systeme. Ich bin an einem Punkt angelangt, an dem ich das Gefühl habe, dass das Feld die Werkzeuge hat und bereit ist, Gentherapie-Versuche an Menschen durchzuführen." Einige Forscher er verwende bereits eine ähnliche virale Gentherapie in Studien am Menschen, sagt er.

Huberman arbeitet auch mit Forschern aus den Bereichen Virtual Reality, Gaming und Telefonsoftware zusammen, um Programme zu entwickeln, die wie ein IMAX für Mäuse funktionieren, um Verbindungen über den Sehnerv zu stimulieren. Das Glaukom ist die zweithäufigste Erblindungsursache beim Menschen und funktioniert sehr ähnlich wie das Einklemmen des Sehnervs in den Mäusen, der aus einem zunehmenden Druck auf den Sehnerv resultiert, der die Nervenverbindungen progressiv degeneriert. (Die häufigste Ursache für Blindheit beim Menschen sind Katarakte, die durch chirurgische Entfernung heilbar sind.)

Die Implikationen für diese Forschung gehen jedoch nicht nur für Blinde zurück, betont Huberman. Ähnliche Interventionen könnten entwickelt werden, um die Degeneration des Zentralnervensystems unter einer Vielzahl von Bedingungen zu behandeln - Rückenmarkswachstum nach Verletzungen, Wiederherstellungswege für Motoneuronen nach einem Schlaganfall, vielleicht sogar das Aufrechterhalten von Neuronen, die mit dem Lernen zu tun haben, und Gedächtnis angesichts von Alzheimer.

Huberman sagt, er sei ziemlich zuversichtlich, dass dieser Forschungsbereich weiterhin große Fortschritte machen wird. Das National Eye Institute hat seine Audacious Goals-Initiative ins Leben gerufen, die sich insbesondere der Entwicklung von Behandlungen für Blindheit verschrieben hat, bei denen die Ursache für Blindheit in der Verbindung zwischen Auge und Gehirn liegt. Stellen Sie sich vor: Es könnte eine Zukunft geben, in der Degeneration durch Regeneration ersetzt wird.