Endlich wieder sehen!

Der Patient startete das Training mit der Brille viereinhalb Monate nach der Injektion. Ungefähr so lange brauchen die Ganglienzellen, um die lichtempfindlichen Proteine herzustellen. Im Rahmen ihrer Studie zur Sicherheit und Wirksamkeit ihres Ansatzes wollten die Forscher das Verfahren eigentlich an 15 Menschen testen. Aufgrund der Corona-Pandemie konnte jedoch vorerst nur der 58-jährige Franzose das Training beenden. Dass der optogenetische Ansatz grundsätzlich bei der Behandlung von Blindheit taugt, hatte José-Alain Sahel zuvor in einer Studie an Makaken gezeigt. Blinde Tiere gewannen durch die Behandlung einen Teil ihrer Sehkraft zurück. Ihre Ganglienzellen reagierten beispielsweise auf die Richtung und Geschwindigkeit von sich bewegenden Kreisen und Quadraten auf einem Bildschirm.

Erfolg nach monatelangem Training

Der Ansatz funktioniert offenbar auch beim Menschen. Sieben Monate nach Beginn des Trainings berichtete der Patient von sinnlichen Eindrücken, wenn er die Spezialbrille aufsetzte. Er konnte damit Gegenstände auf einem Tisch vor ihm recht sicher erkennen und greifen. Außerdem war er in der Lage, auf der Straße einen Zebrastreifen zu erkennen und die Zahl der Streifen zu zählen. Und es kam zu keiner Immunreaktion auf die in die Netzhaut eingebrachten Algenproteine.

Das Verfahren von Sahel und Roska könnte nicht nur Menschen mit Retinitis pigmentosa helfen, sondern auch anderen blinden Patienten, bei denen die Photorezeptorzellen der Netzhaut verkümmert sind, etwa bei der altersbedingten Makuladegeneration. Die Forscher bremsen aber zu hohe Erwartungen. Derzeit sei nicht damit zu rechnen, dass Patienten nach einer solchen Therapie etwa Gesichter erkennen oder gar lesen können. Aber der Eingriff verbessere auf jeden Fall die Lebensqualität.

Es gab begeisterte Kommentare aus der Fachwelt: „Die Studie ist ein Meilenstein in der Behandlung der degenerationsbedingten Erblindung“, sagt Stylianos Michalakis, Professor für Gentherapie von Augenerkrankungen am Klinikum der LMU München. „Der Vorteil gegenüber anderen Gentherapien liegt darin, dass der Ansatz bei bereits erblindeten Patienten und unabhängig von der zugrunde liegenden genetischen Mutation eingesetzt werden kann.“

Bei erblicher Erblindung gibt es bereits einen ersten zugelassenen Ansatz: die sogenannte Gensupplementierung. Dabei wird eine gesunde Kopie des im Patienten mutierten und zur Erblindung führenden Gens in die betroffenen Zellen der Netzhaut eingeschleust. Der Ansatz ist allerdings nur bei einer kleinen Gruppe der Erkrankten mit einer bestimmten Mutation sinnvoll – und auch nur, wenn die Zielzellen noch intakt sind. „Anders als der optogenetische Ansatz ist er daher nur in der Frühphase von erblicher Netzhautdegeneration anwendbar, bevor die Zielzellen zerstört sind“, so Michalakis – also vor der Erblindung.

Durchbruch der Optogenetik

Sonja Kleinlogel von der Universität Bern erklärt: „Es ist die erste veröffentlichte Studie, die zeigt, dass der optogenetische Ansatz am Menschen grundsätzlich funktioniert.“ Und das Verfahren scheine sicher zu sein. „Insofern ist es ein Riesenerfolg und wohl der Durchbruch für die Methode.“ Die Optogenetikerin betont: Das von den Forschern verwendete Algenprotein habe einen großen Vorteil: Das benötigte Rotlicht ist weniger schädlich als blaues Licht, das bislang in anderen optogenetischen Studien an Tieren zum Einsatz kam. „Mit blauem Licht von der hohen Intensität, die Algenproteine zur Aktivierung benötigen, würde man mit der Zeit die Netzhaut schädigen.“ Ein mögliches Risiko gebe es allerdings: „Das verwendete Algenprotein lässt ziemlich viele Protonen in die Zellen, was sie mit der Zeit ansäuern könnte.“ Das verändere die Reaktion der Zelle, mögliche Langzeitfolgen seien noch unklar.

Verbliebene Sehleistung mehr nutzen

Beim potenziell erreichbaren Sehvermögen gibt es bei der Gentherapie von Sahel und Roska außerdem Einschränkungen. „Jedes Auge verfügt über rund eine Million Ganglienzellen“, sagt Stylianos Michalakis. Zum Vergleich: Wir haben 120 Millionen Photorezeptoren pro Auge. Das bedeutet: „Selbst wenn man in alle Ganglienzellen ein solches Protein einbringen könnte, hätte man nur einen Megapixel.“

Zudem hält sich die Leistung von Ganglienzellen in Grenzen, denn sie analysieren das Licht nicht weiter. Das unterscheidet sie von Bipolarzellen in der Netzhaut, die die visuelle Information von den Photorezeptoren sammeln, gewichten und zu den Ganglienzellen übermitteln. Sie leisten eine wichtige Vorverarbeitung der visuellen Information. Wenn man also auf die Bipolarzellen verzichtet, findet keine Analyse des Gesehenen statt wie im gesunden Auge. In Zukunft gehe es daher darum, die verbliebenen Leistungen der Netzhaut stärker zu nutzen, so Sonja Kleinlogel.

Näher an das natürliche Sehvermögen könnte man kommen, indem man lichtempfindliche Proteine in Bipolarzellen einschleust. Daran tüftelt Sonja Kleinlogel in Zusammenarbeit mit der von ihr mitgegründeten Biotechnologie-Firma Arctos medical. Sie greift dabei nicht auf Algenproteine zurück, sondern auf menschliche Opsine – lichtempfindliche Proteine –, die von sich aus 1000- bis 10.000-mal lichtempfindlicher sind als die Algenproteine. „Unsere Gentherapie benötigt also um den Faktor 10.000 weniger Licht. Sie funktioniert daher auch bei normalem Tageslicht und ohne Spezialbrille.“

Durch das Anvisieren der Bipolarzellen nutzen sie und ihre Kollegen die Bildverarbeitung in der Netzhaut – was bei Mäusen bereits gelungen ist. Zum Test ließ Kleinlogel die behandelten Nagetiere etwa Schwimmaufgaben meistern. Sie sollten mittels eines LED-Lichts als Orientierungshilfe eine im Wasser versteckte Plattform finden, um das Schwimmbecken verlassen zu können. Die gentherapeutisch behandelten Mäuse schnitten hier nicht schlechter ab als normal sehende Mäuse. „Das gibt uns Hoffnung, dass zukünftige Patienten vielleicht wieder lesen, selbstständig die Straße überqueren oder bekannte Gesichter erkennen können“, sagt Kleinlogel.

Kodiergerät in der Brille

Ein alternativer Ansatz: Statt die Berechnungen der Netzhaut im echten Gewebe nachzubilden, kann man sie von einem externen Gerät ausführen lassen. Diesen Weg hat Sheila Nirenberg vom Weill Medical College der Cornell University eingeschlagen. Ein spezielles Kodiergerät wandelt dabei visuelle Informationen aus der Umgebung in den Code der Netzhaut um, das heißt in elektrische Impulse. Von dem Kodiergerät wird die Arbeit der Bi-polarzellen in der Netzhaut nachgeahmt, wodurch ein Teil der verlorenen Informationsverarbeitung ersetzt wird. Anschließend werden die elektrischen Impulse in Lichtimpulse umgewandelt und auf die Netzhaut projiziert. Durch die Lichtimpulse werden Ganglienzellen angesteuert, die Nirenberg und Kollegen durch Optogenetik lichtempfindlich gemacht haben. Die Forscher konnten auf diese Weise schon vor ein paar Jahren blinden Mäusen einen Teil ihres Augenlichts zurückgeben. Und der Ansatz scheint auch beim Menschen zu funktionieren.

Kürzlich berichtete das von Nirenberg mitgegründete US-amerikanische Biotechnologie-Unternehmen Bionic Sight in einer Pressemitteilung von einem weiteren Erfolg. Vier Patienten mit Retinitis pigmentosa, die vollständig oder fast vollständig erblindet waren, hatten durch die optogenetische Therapie das Sehvermögen teilweise wiedererlangt. Für die menschlichen Probanden hatten die Forscher das Kodiergerät in eine Brille verpackt.

Alle Patienten können nun Licht und Bewegungen sehen. Zwei der Patienten sind sogar in der Lage, die Richtung der Bewegung zu erkennen. Sie können also feststellen, ob sich Gegenstände nach rechts oder links bewegen. Ein Proband freute sich, dass er plötzlich wieder seine Hand auf dem Rücken seiner Frau sehen konnte. Und zwei Patienten, die Kampfsport betreiben, sahen die Gewänder ihrer Gegner auf der dunkelblauen Matte. So sehr sich die Probanden der Studie freuen, wieder ein Stück weit in der Welt der Sehenden zu leben: Die ermutigenden Ergebnisse sind bislang noch nicht in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung erschienen, es fehlt also noch die Bewertung durch Gutachter.

Sonja Kleinlogel ist zwar noch vor-sichtig, aber: „Das Besondere ist, dass die Brille Bildverarbeitung leistet und einen Teil der verlorenen Informationsverarbeitung in der Netzhaut ersetzt.“ Von daher könne mehr Sehvermögen wiederhergestellt werden. Insgesamt ist die Forscherin optimistisch: „Ich habe die große Hoffnung, dass wir mit dem optogenetischen Ansatz mehr erreichen werden als mit Retina-Implantaten. Und dass wir künftig der breiten Masse an Patienten mit Erkrankungen der Netzhaut helfen können.“