Correggere la cecità notturna nei cani

Le persone con cecità notturna stazionaria congenita (CSNB) non sono in grado di distinguere gli oggetti in condizioni di scarsa illuminazione. Questa menomazione presenta sfide, soprattutto dove l’illuminazione artificiale non è disponibile o quando si guida di notte.

Nel 2015, i ricercatori della Penn’s School of Veterinary Medicine hanno appreso che i cani potrebbero sviluppare una forma di cecità notturna ereditaria con forti somiglianze con la condizione nelle persone. Nel 2019, il team ha identificato il gene responsabile.

Oggi, sul diario Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze, hanno segnalato un importante progresso: una terapia genica che restituisce la visione notturna ai cani nati con CSNB. Il successo di questo approccio, che prende di mira un gruppo di cellule in profondità nella retina chiamate cellule bipolari ON, traccia un passo significativo verso l’obiettivo di sviluppare un trattamento sia per i cani che per le persone con questa condizione, così come altri problemi di vista che coinvolgono ON funzione cellulare bipolare.

I cani con CSNB che hanno ricevuto una singola iniezione della terapia genica hanno iniziato a esprimere la proteina LRIT3 sana nelle loro retine e sono stati in grado di navigare abilmente in un labirinto in penombra. Il trattamento appare anche duraturo, con un effetto terapeutico prolungato della durata di un anno o più.

“I risultati di questo studio pilota sono molto promettenti”, afferma Keiko Miyadera, autrice principale dello studio e assistente professore alla Penn Vet. “Nelle persone e nei cani con cecità notturna stazionaria congenita, la gravità della malattia è costante e invariata per tutta la vita. E siamo stati in grado di trattare questi cani da adulti, di età compresa tra 1 e 3 anni. Ciò rende questi risultati promettenti e rilevanti per la popolazione di pazienti umani, poiché potremmo teoricamente intervenire anche nell’età adulta e vedere un miglioramento della visione notturna”.

I ricercatori hanno utilizzato diverse strategie per trasportare la terapia genica nello strato intermedio della retina, dove si trovano le cellule bipolari ON. La terapia che hanno sviluppato mira specificamente a queste cellule, evitando effetti collaterali. (Immagine: per gentile concessione di Keiko Miyadera)

Nel lavoro precedente, il team di Penn Vet, lavorando in collaborazione con gruppi provenienti da Giappone, Germania e Stati Uniti, ha scoperto una popolazione di cani con CSNB e ha determinato che le mutazioni nel LRIT3 gene erano responsabili della compromissione della vista notturna dei cani. Lo stesso gene è stato implicato anche in alcuni casi di CSNB umano.

Questa mutazione colpisce la funzione delle cellule bipolari ON, ma, a differenza di alcune malattie accecanti, la struttura complessiva della retina nel suo insieme è rimasta intatta. Ciò ha dato al team di ricerca la speranza di fornire una copia normale del LRIT3 il gene potrebbe ripristinare la visione notturna nei cani colpiti.

Tuttavia, mentre i ricercatori della Penn Vet della Divisione di terapie retiniche sperimentali hanno sviluppato terapie geniche efficaci per una varietà di altri disturbi dell’accecamento, nessuno di questi trattamenti precedenti ha preso di mira le cellule bipolari ON, situate in profondità nello strato intermedio della retina.

“Siamo entrati nella terra di nessuno della retina con questa terapia genica”, afferma William A. Beltran, coautore e professore alla Penn Vet. “Questo apre la porta al trattamento di altre malattie che hanno un impatto sulle cellule bipolari ON”.

I ricercatori hanno superato l’ostacolo di prendere di mira queste cellule relativamente inaccessibili con due risultati chiave. In primo luogo, attraverso un rigoroso processo di screening condotto in collaborazione con i colleghi dell’Università della California, Berkeley, guidati da John Flannery e dell’Università di Pittsburgh guidati da Leah Byrne, hanno identificato un vettore per il LRIT3 gene che consentirebbe al trattamento di raggiungere le cellule previste. E, in secondo luogo, hanno accoppiato il gene sano con un promotore – la sequenza genetica che aiuta ad avviare la “lettura” del gene terapeutico – che agirebbe in modo specifico per cellula.

“Le terapie precedenti su cui abbiamo lavorato avevano i fotorecettori mirati o le cellule dell’epitelio pigmentato retinico”, afferma il coautore Gustavo D. Aguirre, professore di Penn Vet. “Ma il promotore che usiamo qui è molto specifico nel prendere di mira le cellule bipolari ON, il che aiuta a evitare potenziali effetti fuori bersaglio e tossicità”.

I ricercatori sospettano che il ripristino del funzionale LRIT3 Il gene consente ai segnali di passare dalle cellule dei fotorecettori alle cellule bipolari ON. “LRIT3 è espresso sulla punta del “dito” di queste cellule”, afferma Beltran. “L’introduzione di questo transgene significa essenzialmente consentire alle due cellule di stringersi la mano e comunicare di nuovo”.

Una domanda aperta è se prendere di mira sia le cellule dei fotorecettori che le cellule bipolari ON insieme possa portare a miglioramenti ancora maggiori nella visione notturna. Altri gruppi di ricerca che studiano queste condizioni nei topi hanno indirizzato la terapia alle cellule dei fotorecettori e hanno trovato una visione da ripristinare, suggerendo un possibile percorso per potenziare gli effetti della terapia genica.

E mentre la terapia ha consentito il recupero funzionale – i cani sono stati in grado di navigare in un labirinto quando il loro occhio trattato era scoperto ma non quando era coperto – la copia sana del gene era espressa solo fino al 30% delle cellule bipolari ON. Nel lavoro di follow-up, i ricercatori sperano di aumentare questo assorbimento.

“Abbiamo avuto un grande successo in questo studio, ma abbiamo visto alcuni cani recuperare meglio di altri”, afferma Miyadera. “Vorremmo continuare a lavorare per massimizzare il beneficio terapeutico pur garantendo la sicurezza. E abbiamo visto che questo trattamento è durevole, ma dura per tutta la vita dopo un’iniezione? È qualcosa che vorremmo scoprire. “

Il team prevede anche di modificare la terapia per utilizzare la versione umana del LRIT3 gene, un passo necessario verso la traduzione del trattamento alle persone con CSNB con un eventuale studio clinico.

Miyadera, Beltran e Aguirre sono coautori dello studio con Evelyn Santana, Karolina Roszak, Sommer Iffrig, Yu Sato, Alexa Gray, Ana Ripolles Garcia e Valerie Dufour di Penn Vet; Simone Iwabe, Ryan F. Boyd e Joshua T. Bartoe dei Charles River Laboratories; e l’Università della California, Meike Visel di Berkeley, John G. Flannery e Leah C. Byrne (ora all’Università di Pittsburgh).

Keiko Miyadera è un assistente professore di oftalmologia presso il Dipartimento di scienze cliniche e medicina avanzata di Penn Vet.

William Beltran è professore di oftalmologia presso il Dipartimento di scienze cliniche e medicina avanzata della Penn Vet e direttore del Divisione di Terapie Retiniche Sperimentali.

Gustavo D. Aguirre è professore di genetica medica e oftalmologia presso il Dipartimento di scienze cliniche e medicina avanzata di Penn Vet.

Lo studio è stato supportato dalla Margaret Q. Landenberger Research Foundation, National Eye Institute/National Institute of Health (Grant EY-006855), Foundation Fighting Blindness, Van Sloun Foundation for Canine Genetic Research e Sanford e Susan Greenberg End Blindness Outstanding Achievement Prize .

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