Optogenetik: Gen aus der Grünalge verspricht Hoffnung

Bereits in früheren Ausgaben von PRO RETINA News berichteten wir über Ansätze von optogenetischen Therapien bei Retinitis Pigmentosa. Jetzt gibt es zu diesem Thema wieder aktuelle Neuigkeiten über Studien in den USA:

Algen im Auge — das klingt nach einem minderschweren Badeunfall. In diesem Fall aber handelt es sich um einen erstaunlichen neuen Therapieansatz, mit dem einigen blinden Menschen die Sehkraft zurückgegeben werden könnte. Dabei soll ein Gen aus der Grünalge in jene Zellen der Netzhaut eingebracht werden, die bei einer schweren Augenerkrankung verschont bleiben. Das eingeschleuste Gen könnte diese Netzhautzellen dann so umbauen, dass sie anstelle der verkümmerten Sehzellen Licht in elektrische Signale umwandeln. Helfen könnte dieser Ansatz zum Beispiel den 1,5 Millionen Betroffenen der Krankheit Retinitis pigmentosa, die Hauptursache genetisch verursachter Blindheit weltweit.

Kanal-Rhodopsin-2 könnte helfen

Entwickelt hat die Firma Retrosense aus San Francisco das Verfahren. “Wir haben Viren genetisch so umgebaut, dass sie in die Nervenzellen der Netzhaut ein Gen für ein bestimmtes Algenprotein einschleusen“, sagt Zhuo-Hua Pan von der Wayne State Universität, wissenschaftlicher Berater von Retrosense. Das Gen, von dem Pan spricht, trägt die Erbinformation für ein bestimmtes Protein, Kanal-Rhodopsin-2 genannt.

Entdeckt wurde Kanal-Rhodopsin-2 bereits im Jahr 2003, von einer Gruppe um Peter Hegemann und Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt. Schnell wurde klar, dass es sich bei dem Protein aus dem Augenfleck einer einzelligen Grünalge um einen bisher unbekannten Fotorezeptor handelt, einem Molekül also, das Licht in elektrische Impulse umwandelt.

Umbau zu Lichtrezeptoren

Der Algeneinzeller Chlamydomonas nutzt das Protein in seinem primitiven Augenfleck, mit dem er hell und dunkel unterscheiden kann, um sich in seiner Umgebung grob zu orientieren. Für Patienten mit degenerativen Erkrankungen der Netzhaut aber soll Kanal-Rhodopsin-2 weit mehr bringen. Die Hoffnung liegt darin, dass gentechnisch seh-fit gemachte Nervenzellen im Auge dann wieder genügend Informationen ans Gehirn liefern. “Wir hoffen, dass nach der Behandlung genügend Nervenzellen ausreichend Kanal-Rhodopsin-2 herstellen, um den Patienten eine rudimentäre Sehfähigkeit zurückzugeben“, sagt Pan.

Ganglienzellen werden genutzt

Die Netzhaut von Menschen besteht aus drei Zellschichten: einer mit Rezeptorzellen, einer mit Umschaltzellen und einer dritten mit Nervenzellen, sogenannte Ganglienzellen, die die Signale ans Sehhirn im Hinterkopf weiterleiten. Bei Menschen mit Retinitis pigmentosa sind nur die Rezeptorzellen betroffen. Die Ganglienzellen zwei Schichten darüber bleiben von der Erbkrankheit unbetroffen.

Und genau diese Nervenzellen will Retrosense zu neuen Lichtrezeptoren umbauen. Dafür ist das Kanal-Rhodopsin-2 der ideale Kandidat. Es ist ein winziger Kanal, der sich öffnet, wenn er von Licht getroffen wird. Gelingt es also, die Gene für Kanal-Rhodopsin-2 in den Kern von Nervenzellen im Auge einzuschleusen, dann stellen diese Zellen das Protein her und bauen es in ihre Zellwand ein. Trifft Licht auf die Nervenzellen, öffnet sich der Kanal und geladene Teilchen strömen in die Zelle ein – sie lädt sich elektrisch auf. Bei genügend hoher Ladung verschickt die Nervenzelle dann einen elektrischen Impuls wie zuvor die gesunden Sehzellen.

Tierversuche schon vor Jahren erfolgreich

Zhuo-Hua Pan will Ganglienzellen der menschlichen Netzhaut mit einem Gen der Grünalge Chlamydomonas impfen – und sie so lichtempfindlich machen. In Nagern ist dies der Gruppe um Zhuo-Hua Pan schon vor zehn Jahren gelungen. Blinde Mäuse, denen das Virus gespritzt wurde, konnten sich nach wenigen Tagen wieder grob an visuellen Reizen orientieren.

Aktuelle Studien und weitere Pläne

Im Jahr 2015 bekam die Firma Retrosense aus San Francisco die weltweit erste Lizenz, Menschen mit dieser Krankheit mit dem Erbgut von Grünalgen zu behandeln. Aktuell wird die gentechnische Sehhilfe aus Algenprotein in klinischen Studien der Phasen I und II auf Verträglichkeit beim Menschen getestet. Die Testgruppe mit der niedrigsten Dosierung zeigte bisher keine schädlichen Nebenwirkungen. Die Tests mit höherer Dosis sollen bis April beendet sein. Stellen sich auch hier keine Bedenken ein, kann sich Retrosense um eine groß angelegte Studie der Phase III bewerben, dem letzten Schritt vor einer Markteinführung.

Das Verfahren ist längst nicht der einzige Ansatz, um blinden Menschen mit erhaltenen Ganglienzellen etwas Sehfähigkeit zurückzugeben. So werden seit 2002 Retina-Implantate am Menschen getestet, die Sinnesinformationen in elektrische Reize umsetzen und an die Nervenzellen weiterleiten. Diese Implantate können jedoch nicht mehr als 100 Ganglienzellen gleichzeitig aktivieren. In der Netzhaut aber gibt es rund eine Million dieser Zellen. “Wenn wir nur 10 Prozent der Ganglienzellen mit Kanal-Rhodopsin-2 bestücken können, wären das 100 000 Kanäle“, sagt Pan, gegenüber den Implantaten also ein riesiger Fortschritt.

Mehr Sehkraft, keine Farben

Ganz ohne Nachteile ist aber auch die Algen-Gen-Einschleusung nicht. Im gesunden Auge wird die Sehinformation, die die Rezeptorzellen auffangen, erst von der Zwischenschicht vorverarbeitet, bevor sie von den Ganglienzellen an das visuelle Gehirn geschickt wird. Ohne diese Vorverarbeitung aber könnte es unser Gehirn schwer haben, die Signale aus umgebauten Ganglienzellen zu verstehen. Was genau die Patienten in der Studie von Retrosense also sehen werden, kann Pan nicht vorhersagen. “In jedem Fall werden sie keine Farben erkennen.“ Denn die hybriden Nervenzellen reagieren, anders als die echten Sehzellen, alle gleich auf Licht, egal welcher Wellenlänge. Dennoch: Mit 100 000 algengeförderten Sehzellen könnten Patienten mit Retinitis pigmentosa ein bisher ungeahntes Level an Sehkraft erreichen.

Und: Funktioniert die Therapie, könnte Optogenetik auch bei der Behandlung von Parkinson, Epilepsie oder Taubheit helfen, meint Pan. Von klinischen Studien für diese Anwendungen sei man allerdings noch weit entfernt.

Quellen: Hannoversche Allgemeine; clinicaltrials.gov: RST-001 Phase I/II Trial for Retinitis Pigmentosa