Con la inserción de un solo gen, ratones ciegos recuperan la visión.

Fue sorprendentemente simple. Los científicos de la Universidad de California, Berkeley, insertaron un gen para un receptor de la luz verde en los ojos de ratones ciegos y, un mes más tarde, se movían alrededor de los obstáculos con la misma facilidad que los ratones sin problemas de visión. Podían ver movimiento, cambios de brillo en un rango muy amplio y los suficientes detalles precisos en un iPad como para distinguir las letras.

Los investigadores dicen que, en tan solo tres años, la terapia génica, administrada a través de un virus inactivado, podría probarse en humanos que perdieron la visión debido a la degeneración de la retina, proporcionándoles perfectamente suficiente visión para moverse y restaurando potencialmente su capacidad para leer o ver un video.

“Podría inyectar ese virus en el ojo de una persona y, un par de meses más tarde, esa persona vería algo”, dijo Ehud Isacoff, profesor de biología celular y molecular de UC Berkeley y director del Instituto de Neurociencia Helen Wills. “Con las enfermedades neurodegenerativas de la retina, generalmente se intenta detener o retardar la degeneración. Pero algo que restaura una imagen en unos pocos meses, es algo sorprendente en lo que pensar”.

Alrededor de 170 millones de personas en todo el mundo viven con degeneración macular relacionada con la edad, que afecta a una de cada 10 personas mayores de 55 años, mientras que 1,7 millones de personas en todo el mundo tienen la forma más común de ceguera hereditaria, la retinosis pigmentaria, que generalmente deja a las personas ciegas hacia los 40 años de edad.

“Tengo amigos que no perciben la luz, y su estilo de vida es desolador”, dijo John Flannery, un profesor de biología celular y molecular de la UC Berkeley que está en la facultad de la Escuela de Optometría. “Hay que analizar lo que las personas que ven dan por sentado. Por ejemplo, cada vez que van a un hotel, la distribución de cada habitación es un poco diferente, y necesitan que alguien les acompañe por la habitación mientras construyen un mapa 3D mentalmente. Los objetos cotidianos, como una mesita baja de café, pueden ser un riesgo de caída. La carga de la enfermedad es enorme entre las personas con pérdida severa e incapacitante de la visión, y pueden ser los primeros candidatos para este tipo de terapia”.

Actualmente, las opciones para estos pacientes se limitan a un implante electrónico de retina conectado a una cámara de video que se coloca en unas gafas, una configuración incómoda, invasiva y costosa que produce una imagen en la retina que es equivalente, actualmente, a unos pocos cientos de píxeles. Una visión normal y nítida implica millones de píxeles.

Corregir el defecto genético responsable de la degeneración de la retina tampoco es sencillo, ya que existen más de 250 mutaciones genéticas diferentes responsables solo de la retinosis pigmentaria. Alrededor del 90 por ciento de estas mutaciones destruyen las células fotorreceptoras de la retina: los bastones, son sensibles a la penumbra, y los conos, sirven para la percepción del color de la luz del día. Pero la degeneración de la retina generalmente preserva otras capas de células de la retina, incluidas las células bipolares y ganglionares de la retina, que pueden permanecer sanas, aunque insensibles a la luz, durante décadas después de que las personas queden totalmente ciegas.

En sus ensayos con ratones, el equipo de UC Berkeley logró que el 90 por ciento de las células ganglionares fueran sensibles a la luz.

Isacoff, Flannery y sus colegas de UC Berkeley informarán de su logro en un artículo que se publicará en Nature Communications.

Podría haberse hecho hace 20 años

Para revertir la ceguera en estos ratones, los investigadores diseñaron un virus dirigido a las células ganglionares de la retina y lo cargaron con el gen para un receptor sensible a la luz, la opsina de cono verde (de longitud de onda media). Normalmente, esta opsina se expresa solo por las células fotorreceptoras tipo cono y las hace sensibles a la luz verde-amarilla. Cuando se inyectó en el ojo, el virus llevó el gen a las células ganglionares, que normalmente son insensibles a la luz, y las hizo sensibles a la luz y capaces de enviar señales al cerebro que se interpretaron como visión.

“Hasta los límites en los que podemos probar con los ratones, no se puede distinguir el comportamiento de los ratones tratados de forma optogenética de los ratones normales sin un equipo especial”, dijo Flannery. “Queda por ver que pasa con un paciente”.

En ratones, los investigadores pudieron administrar las opsinas a la mayoría de las células ganglionares en la retina. Para tratar a los humanos, necesitarían inyectar muchas más partículas de virus porque el ojo humano contiene miles de células ganglionares en comparación con el ojo del ratón. Pero el equipo de UC Berkeley ha desarrollado los medios para mejorar la administración viral y espera insertar el nuevo sensor de luz en un porcentaje igualmente alto de células ganglionares, una cantidad equivalente a la enorme cantidad de píxeles de una cámara.

Isacoff y Flannery se encontraron con una solución sencilla después de más de una década de intentar esquemas más complicados, incluida la inserción en las células de la retina sobrevivientes de los receptores de neurotransmisores de ingeniería genética y los interruptores químicos sensibles a la luz. Estos funcionaron, pero no lograron la sensibilidad de la visión normal. Las opsinas a parttir de microbios probadas en otros lugares también tuvieron una sensibilidad más baja, lo que requirió el uso de gafas amplificadoras de luz.

Para capturar la alta sensibilidad de la visión natural, Isacoff y Flannery recurrieron a las opsinas receptoras de luz de las células fotorreceptoras. Usando un virus adenoasociado (AAV) que infecta naturalmente las células ganglionares, Flannery e Isacoff administraron con éxito el gen para una opsina retiniana en el genoma de las células ganglionares. Los ratones previamente ciegos adquirieron una visión que duró toda la vida.

“Que este sistema funcione es realmente, realmente satisfactorio, en parte porque también es muy simple”, dijo Isacoff. “Paradójicamente, esto se podría haber hecho hace 20 años”.

Isacoff y Flannery están recaudando fondos para llevar la terapia génica a un ensayo en humanos dentro de tres años. La FDA ha aprobado sistemas similares de administración de AAV para enfermedades oculares en personas con afecciones degenerativas de la retina y que no tienen alternativa médica.

Es posible que no pueda funcionar

Según Flannery e Isacoff, la mayoría de las personas en el campo de la visión se preguntarán si las opsinas podrían funcionar fuera de sus células especializadas de fotorreceptores de bastón y cono. La superficie de un fotorreceptor está decorada con opsinas (rodopsina en bastones y opsinas rojas, verdes y azules en conos) que están incrustadas en una máquina molecular complicada. Un relé molecular, la cascada de señalización del receptor acoplado a la proteína G, amplifica la señal de manera tan efectiva que podemos detectar fotones individuales de luz. Un sistema de enzimas recarga la opsina una vez que ha detectado el fotón y se “blanquea”. La regulación de retroalimentación adapta el sistema a diferentes brillos de fondo. Y un canal iónico especializado genera una potente señal de voltaje. Sin trasplantar todo este sistema, era razonable sospechar que la opsina no iba a funcionar.

Pero Isacoff, que está especializado en receptores acoplados a proteínas G en el sistema nervioso, sabía que muchas de estas partes existen en todas las células. Sospechaba que una opsina se conectaría automáticamente al sistema de señalización de las células ganglionares de la retina. Juntos, él y Flannery probaron inicialmente la rodopsina, que es más sensible a la luz que las opsinas de los conos.

Para su deleite, cuando se introdujo rodopsina en las células ganglionares de ratones cuyos conos y bastones se habían degenerado completamente y, por consiguiente, estaban ciegos, los animales recuperaron la capacidad de distinguir entre la oscuridad y la luz, incluso la tenue luz de la habitación. Pero la rodopsina resultó ser demasiado lenta y falló en el reconocimiento de imágenes y objetos.

Luego probaron la opsina de cono verde, que respondió 10 veces más rápido que la rodopsina. Sorprendentemente, los ratones fueron capaces de distinguir las líneas paralelas de las horizontales, líneas estrechamente espaciadas versus ampliamente espaciadas (una tarea estándar de agudeza humana), moviendo líneas versus líneas estacionarias. La visión restaurada era tan sensible que se podían usar iPads para las pantallas visuales en lugar de LED mucho más brillantes.

“Esto llamó poderosamente la atención”, dijo Isacoff. “Después de todo, qué maravilloso sería para las personas ciegas recuperar la capacidad de leer un monitor normal de un ordenador, comunicarse por video, ver una película”.

Estos éxitos hicieron que Isacoff y Flannery quisieran ir un paso más allá y saber si los animales podían moverse por el mundo con la visión restaurada. Sorprendentemente, aquí también, la opsina de cono verde fue un éxito. Los ratones que habían sido ciegos recuperaron su capacidad para realizar uno de sus comportamientos más naturales: reconocer y explorar objetos tridimensionales.

Luego se hicieron la pregunta: “¿Qué pasaría si una persona que ha vuelto a ver saliera al aire libre con la luz más brillante? ¿Quedarían cegados por la luz? ”. Aquí surgió otra característica sorprendente del sistema, dijo Isacoff: La vía de señalización de opsina de cono verde se adapta. Los animales que antes estaban ciegos se ajustaron al cambio de brillo y podían realizar la tarea tan bien como los animales videntes. Esta adaptación funcionó en un amplio rango, la diferencia, esencialmente, entre la iluminación promedio interior y exterior.

“Cuando todos dicen que nunca funcionará y que estás loco, generalmente significa que estás consiguiendo algo”, dijo Flannery. De hecho, ese algo equivale a la primera restauración exitosa de la visión con patrón utilizando una pantalla LCD de computadora, la primera en adaptarse a los cambios en la luz ambiental y la primera en restaurar la visión natural del objeto.

El equipo de la UC Berkeley está trabajando ahora, probando variaciones en el tema que podrían restaurar la visión del color y aumentar aún más la agudeza y la adaptación.

El trabajo fue apoyado por el National Eye Institute of the National Institutes of Health, el Nanomedicine Development Center for the Optical Control of Biological Function, la Foundation for Fighting Blindness, la Hope for Vision Foundation y el Lowy Medical Research Institute.

Traducción: Asociación Mácula Retina.

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