Há décadas, pesquisadores estudam o uso da terapia genética para cegueira e tratamento de outras doenças oftalmológicas. Por exemplo, um trabalho da Universidade da Pensilvânia (EUA) desenvolveu um tratamento genético experimental que busca recuperar a visão de portadores de amaurose congênita de Leber (LCA) e de deficiência visual grave.
Já um estudo da University College London (UK), de Londres, conseguiu restaurar parcialmente a função dos cones (uma das células da retina) de dois jovens que nasceram com acromatopsia por meio da terapia genética.
Agora, uma nova pesquisa empregou nanotecnologia para criar uma nova abordagem à terapia genética que pode melhorar a forma como os médicos tratam formas hereditárias de cegueira.
O trabalho é realizado pela Oregon Health & Science University e pela Oregon State University, dos Estados Unidos. Os primeiros resultados foram publicados recentemente na Science Advances.
Em seguida, saiba mais sobre os achados e como podem auxiliar no desenvolvimento de novas terapias genéticas baseadas em nanopartículas lipídicas.
A pesquisa
Os cientistas desenvolveram uma abordagem que usa nanopartículas lipídicas (minúsculas bolas de gordura feitas em laboratório) para fornecer cadeias de ácido ribonucléico mensageiro, ou mRNA, dentro do olho. Para tratar a cegueira, o mRNA será projetado para criar proteínas que editam mutações genéticas que prejudicam a visão.
No estudo publicado, a equipe demonstra como o sistema de entrega de nanopartículas lipídicas atinge as células fotorreceptores, tanto em camundongos quanto em primatas não humanos. As nanopartículas são revestidas com um peptídeo, que a equipe identificou como sendo atraído por fotorreceptores.
Como primeira prova de conceito, mRNA com instruções para produzir proteína fluorescente verde foi colocado dentro de nanopartículas.
Os resultados
Depois de injetar esse modelo de terapia genética, a equipe usou uma variedade de técnicas de imagem para examinar os olhos tratados.
O tecido retiniano dos animais brilhou em verde, ilustrando que o invólucro de nanopartículas lipídicas alcançou os fotorreceptores e que o mRNA que ele entregou entrou com sucesso na retina e criou uma proteína verde fluorescente.
Esta pesquisa marca a primeira vez que as nanopartículas lipídicas são conhecidas por terem alvo fotorreceptores em um primata não humano.
Terapia genética para cegueira com AVV
A coautora do estudo, Renee Ryals, explica que mais de 250 mutações genéticas foram associadas a doenças retinianas hereditárias, mas apenas uma tem uma terapia genética aprovada nos Estados Unidos.
Esse tratamento depende amplamente do vírus adeno-associado (AAV) para fornecer moléculas de revisão de genes. Porém, o AVV tem algumas limitações.
O vírus é relativamente pequeno e não pode conter fisicamente máquinas de edição de genes para algumas mutações complexas. E a terapia genética baseada em AAV só pode fornecer DNA, o que resulta na criação contínua de moléculas de edição de genes que podem levar a edições genéticas não intencionais.
Já as nanopartículas lipídicas são uma alternativa promissora porque não possuem restrições de tamanho como o AAV. Além disso, podem fornecer mRNA, que apenas mantém o maquinário de edição de genes ativo por um curto período de tempo, o que pode impedir edições fora do alvo.
O potencial das nanopartículas lipídicas foi ainda comprovado pelo sucesso das vacinas COVID-19 baseadas mRNA, que também foram as primeiras a serem autorizadas nos Estados Unidos, graças à velocidade e ao volume em que puderam ser fabricadas.
“Melhorar as tecnologias usadas para terapia genética pode fornecer mais opções de tratamento para prevenir a cegueira. As descobertas do nosso estudo mostram que as nanopartículas lipídicas podem nos ajudar a fazer exatamente isso”, afirma Ryals.
Próximos passos
Agora, os cientistas estão trabalhando em pesquisas de acompanhamento para quantificar quanto da proteína verde fluorescente é expressa em modelos animais de retina. Além disso, estão desenvolvendo uma terapia com mRNA que carrega o código para moléculas de edição de genes.
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Uma equipe internacional liderada por cientistas da Harvard Medical School e Boston Children’s Hospital, dos Estados Unidos, descobriu uma nova mutação genética que pode ser a causa raiz de quadros graves de glaucoma infantil.
Por meio de tecnologia avançada de sequenciamento do genoma, os pesquisadores identificaram uma mutação no gene da trombospondina-1 (THBS1) em três famílias etnicamente e geograficamente diversas com histórico da doença na infância.
Os novos achados, publicados no Journal of Clinical Investigation, podem levar a uma melhor triagem e tratamentos mais precoces e direcionados para prevenir a perda de visão em crianças com a mutação.
Em seguida, entenda como foi feita a pesquisa.
Glaucoma infantil
O glaucoma infantil, ou congênito, é uma doença rara, mas grave, que se manifesta em crianças desde o nascimento até os 3 anos de idade. Apesar de sua raridade, é responsável por 5% dos casos de cegueira infantil em todo o mundo.
Crianças com o problema geralmente requerem cirurgias já nas primeiras semanas ou meses de vida, eventualmente seguidas por outras operações durante a infância.
Geralmente, há um forte componente hereditário, com vários membros de uma família afetados pela doença. Desse modo, ao entender melhor os genes envolvidos, os testes genéticos podem dar tranquilidade às famílias afetadas para saber se seu filho pode estar em risco de desenvolver a doença.
A pesquisa
Os cientistas usaram um conjunto de dados de mais de 34 mil adultos com glaucoma para identificar 127 genes associados à doença.
Para estudar melhor as mutações genéticas no glaucoma infantil, primeiro foram sequenciadas todas as regiões codificadoras de proteínas dos genes no genoma (exoma) de uma família americana de ascendência europeia-caucasiana que havia feito parte de um projeto de pesquisa anterior.
Os cientistas encontraram uma variante nova e surpreendente na trombospondina -1, uma proteína bem conhecida envolvida em vários processos biológicos importantes, como a formação de novos vasos sanguíneos (angiogênese) e tecidos.
Este gene mutante não foi encontrado em pessoas sem glaucoma infantil, nem em grandes bancos de dados genéticos populacionais. O aminoácido alterado pela mutação foi conservado evolutivamente, indicando um papel importante na função da proteína.
Esse achado levou a equipe a buscar apoio da Flinders University, na Austrália, para ver se havia alguma família com glaucoma infantil com mutações de trombospondina no país. E descobriram que sim.
Para avançar ainda mais essa hipótese, os pesquisadores desenvolveram um modelo de camundongo com a mutação THBS1 e observaram que o animal também apresentava características de glaucoma.
Os resultados
A princípio, presumiu-se que as mutações THBS1 estavam interrompendo a formação de vasos sanguíneos no olho. Entretanto, os modelos animais mostraram angiogênese normal.
Em seguida, a equipe notou que a mutação causava o acúmulo de proteínas anormais da trombospondina nas estruturas de drenagem intraocular do olho, envolvidas na regulação da PIO; o que, por sua vez, levava a elevação da pressão e dano ao nervo óptico e camada de fibras nervosas da retina, provocando perda de visão.
Esta foi a primeira vez que identificaram esse tipo de mecanismo da doença que causa o glaucoma infantil.
Próximos passos
O estudo tem implicações clínicas significativas. Embora ainda haja mais trabalho antes que testes genéticos abrangentes possam ser oferecidos, cada gene encontrado apresenta outra oportunidade para identificar mutações causadoras nessas famílias por meio de triagem.
Terapeuticamente, o conhecimento dessa mutação genética pode levar a tratamentos mais precoces com terapias convencionais. Por exemplo, se um bebê nasce com essa mutação, o oftalmologista pode informar melhor os pais sobre os riscos e desenvolver um plano de tratamento e monitoramento da doença apropriado.
A identificação desse novo mecanismo e gene na raiz do glaucoma infantil também pode levar a novas terapias que visam o combate ao acúmulo de proteínas anormais.
Os pesquisadores também pretendem determinar se outras mutações THBS1 estão envolvidas na doença de início adulto, como glaucoma primário de ângulo aberto ou formas mais leves da doença.
A equipe também continuará procurando novos genes associados ao glaucoma infantil na esperança de um dia desenvolver uma triagem muito abrangente.
Revisado por Paulo Schor, médico oftalmologista, professor livre docente e diretor de inovação da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e colaborador da Faculdade de Medicina do Hospital Albert Einstein.
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Uma nova pesquisa do National Eye Institute (NEI), dos Estados Unidos, mostrou, pela primeira vez, como as células em diferentes camadas de tecido do olho são afetadas em pessoas com coroideremia, uma rara doença genética que leva à cegueira.
Para isso, os pesquisadores combinaram técnicas tradicionais de imagem ocular com óptica adaptativa (tecnologia que melhora a resolução da imagem). O estudo foi publicado recentemente na Communications Biology.
Em seguida, saiba mais sobre o trabalho e como os resultados podem trazer avanços no entendimento e posterior tratamento dessa doença e outras relacionadas.
A pesquisa
Os pesquisadores combinaram óptica adaptativa com realce pelo corante indocianina verde para observar células vivas na retina, incluindo fotorreceptores sensíveis à luz, epitélio pigmentar da retina (RPE) e vasos sanguíneos da coróide.
A equipe conseguiu ver em detalhes até que ponto a coroideremia perturba esses tecidos, fornecendo informações que podem ajudar a projetar tratamentos eficazes para esta e outras doenças.
Os resultados
Imagens da retina mostrando células RPE aumentadas (circuladas) em participantes masculinos (esquerda) e femininos (centro) do estudo com coroideremia em comparação com um controle saudável (direita). Crédito: Johnny Tam/National Eye Institute.
A coroideremia afeta mais os homens do que as mulheres porque o gene responsável pela doença está localizado no cromossomo X.
Como os homens têm apenas uma cópia do cromossomo X, uma mutação no gene faz com que os homens desenvolvam sintomas mais graves, enquanto as mulheres – que têm duas cópias do cromossomo X – geralmente apresentam sintomas mais leves, tendo uma cópia ativa do gene no outro cromossomo X.
Uma das principais descobertas do estudo foi que as células RPE estão maiores e disfuncionais em até cinco vezes em homens e mulheres com coroideremia.
As participantes do sexo feminino mostraram uma mistura de células RPE maiores e de aparência mais saudável. Dessa forma, isso pode explicar por que mulheres com a doença apresentam sintomas mais leves.
As camadas de fotorreceptores e vasos sanguíneos foram menos afetadas nos participantes masculinos e femininos do estudo, sugerindo que a interrupção do EPR desempenha um papel importante na coroideremia.
Óptica adaptativa
Células do EPR (ver exemplos circulados) em um participante do sexo masculino com coroideremia, mostrando que células do EPR aumentadas podem ser detectadas usando a abordagem de imagem multimodal de Tam. Crédito: Johnny Tam/National Eye Institute.
A óptica adaptativa utilizada pelos pesquisadores não faz parte dos testes de diagnóstico de rotina em clínicas oftalmológicas.
A equipe descobriu que células RPE maiores podem ser detectadas mesmo quando se usa apenas um oftalmoscópio a laser de varredura disponível comercialmente junto com o corante indocianina verde.
“Usando uma ferramenta existente na clínica, podemos monitorar e rastrear o estado celular da camada RPE. Isso pode ser valioso para identificar quais pacientes se beneficiariam mais com as intervenções terapêuticas”, disse o pesquisador responsável pelo estudo, Johnny Tam, em comunicado.
Revisado por Paulo Schor, médico oftalmologista, professor livre docente e diretor de inovação da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e colaborador da Faculdade de Medicina do Hospital Albert Einstein.
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As infecções oculares pós-operatórias são uma grande preocupação entre os oftalmologistas, pois podem levar à cegueira potencial se não forem tratadas prontamente.
Nos Estados Unidos, pesquisadores da Wayne State University identificaram três medicamentos não antibióticos que podem proteger o olho de inflamações graves durante infecções bacterianas.
Os medicamentos também podem ser usados como terapia adjuvante com antibióticos padrão para minimizar os resultados da infecção. O trabalho foi publicado recentemente no periódico iScience.
Em seguida, saibacomo foi feita a pesquisa, os resultados e quais serão os próximos passos.
A pesquisa
Uma das infecções mais comuns após cirurgias oculares é a endoftalmite induzida por Staphylococcus aureus, na qual bactérias externas ganham acesso ao interior do olho e proliferam.
O tratamento atual para essa complicação envolve antibioticoterapia local ou sistêmica, que reduz a população do microorganismo de modo eficiente, mas faz pouco para reduzir a inflamação. Cerca de 50% dessas infecções também são causadas por diferentes cepas resistentes a antibióticos, que podem levar ao fracasso do tratamento e à perda da visão.
Os pesquisadoresusaram técnicas de transcriptômica de alto rendimento para entender as alterações no nível do genoma envolvidas na resposta do hospedeiro durante a endoftalmite bacteriana. Para isso, adotaram uma abordagem inovadora de biologia de sistemas para identificar as principais moléculas e vias associadas com endoftalmite por Staphylococcus aureus.
A equipe previu as três drogas que reverteriam as assinaturas genéticas da endoftalmite bacteriana pelo S.AUREUS, na retina de um modelo animal: Cloreto de Dequalínio, Tosilato de Clofilium e Glibenclamida.
Ashok Kumar, Ph.D., à esquerda, e Susmita Das, Ph.D.
Os resultados
O estudo testou a eficácia das drogas e descobriu que todas exibiam propriedades anti-inflamatórias contra cepas bacterianas sensíveis e resistentes a antibióticos em células retinianas cultivadas.
“Enquanto as injeções intravítreas de todas as drogas reduziram a inflamação intraocular, mesmo em olhos de camundongos infectados por SA resistentes à meticilina; DC e CT foram capazes de reduzir a carga bacteriana também. Os tratamentos medicamentosos melhoraram a função visual e protegeram o olho da morte das células da retina”, disse em comunicado a pesquisadora Susmita Das.
“Também queríamos verificar o resultado da doença após uma terapia adjuvante desses medicamentos com o tratamento antibiótico existente durante a infecção ocular e descobrimos que esses medicamentos demonstraram sinergia com a vancomicina na melhora da gravidade da doença”, acrescentou o professor e pesquisador Ashok Kumar.
Agora, os cientistas estão investigando os mecanismos subjacentes às propriedades antimicrobianas e anti-inflamatórias dessas drogas e testando sua eficácia contra outros patógenos bacterianos, a fim de elucidar completamente a interação entre as drogas, o hospedeiro e o microoganismo.
Revisado por Paulo Schor, médico oftalmologista, professor livre docente e diretor de inovação da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e colaborador da Faculdade de Medicina do Hospital Albert Einstein.
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Pesquisadores do National Eye Institute (NEI), dos Estados Unidos, desenvolveram uma terapia gênica que teve resultados promissores in vitro ao reparar defeitos nas terminações ciliares de fotorreceptores retinianos de pacientes afetados por um tipo de amaurose congênita de Leber (LCA), doença que causa cegueira na primeira infância.
As descobertas não apenas esclarecem a função da proteína NPHP5 no cílio primário, mas também levam a um tratamento potencial para essa condição de cegueira. O trabalho foi divulgado recentemente no periódico Stem Cell Reports.
Em seguida, vejacomo foi feita a pesquisa e como os resultados podem ajudar na terapia de um dos tipos de LCA.
Amaurose congênita de Leber (LCA)
A amaurose congênita de Leber (LCA) é uma doença genética rara que leva à degeneração da retina pela morte de fotorreceptores.
Defeitos em pelo menos 25 genes diferentes podem causar o problema. Atualmente, existe tratamento de terapia genética apenas para um tipo de LCA.
O tipo de LCA causado por mutações em NPHP5 é relativamente raro. Causa cegueira em todos os pacientes e, em muitos casos, também pode levar à insuficiência renal, uma condição chamada Síndrome de Senior-Løken.
A pesquisa
Usando organoides (fabricados a partir de fibroblastos) que foram transformados em epitélio pigmentar de retina derivados de dois pacientes (também conhecidos como retinas-in-a-dish), os pesquisadores descobriram que um tipo de LCA causado por mutações no gene NPHP5 (também chamado IQCB1) leva a defeitos graves no cílio primário das células fotorreceptoras retinianas.
Os organoides são valiosos porque imitam de perto o genótipo e a apresentação da doença da retina em pacientes reais e fornecem um ambiente de tecido “semelhante ao humano” para testar intervenções terapêuticas, incluindo terapias genéticas.
Como nos pacientes, esse material apresentou defeitos nos fotorreceptores, incluindo a perda da porção do fotorreceptor chamada “segmentos externos”.
Em um olho saudável, acredita-se que a proteína codificada pelo gene NPHP5 fique em uma estrutura semelhante a um portão na base do cílio primário que ajuda a filtrar as proteínas que entram no cílio.
Estudos anteriores em camundongos mostraram que o NPHP5 está envolvido no cílio, mas os pesquisadores ainda não sabem o papel exato no cílio fotorreceptor, nem está claro exatamente como as mutações afetam a função da proteína.
Os resultados
O tratamento de organoides da retina derivados do paciente com AAV-NPHP5 restaura a localização da opsina nos segmentos externos dos fotorreceptores. Acima: retinóides corados para DNA (azul), NPHP5 (vermelho) e opsina (verde). Abaixo: visão aproximada da camada de fotorreceptores organoides corada de verde para a opsina. Adaptado de Kruczek et al, 2022. Crédito da imagem: Anand Swaroop, Ph.D. e Kamil Kruczek, Ph.D.
Além de encontrarem níveis reduzidos da proteína NPHP5 nas células organoides da retina derivadas do paciente, os pesquisadores descobriram níveis menores de outra proteína chamada CEP-290, que interage com o NPHP5 e forma o portão primário do cílio. As mutações no CEP-290 constituem a causa mais comum de LCA.
Outro achado é que os segmentos externos dos fotorreceptores nos organoides da retina estavam completamente ausentes, e a proteína opsina, que deveria ter sido localizada nos segmentos externos, foi encontrada em outro lugar no corpo da célula fotorreceptora.
Quando os pesquisadores introduziram um vetor viral adeno-associado (AAV) contendo uma versão funcional do NPHP5 como veículo de terapia genética, os organoides da retina mostraram uma restauração significativa da proteína opsina concentrada no local apropriado nos segmentos externos.
Os achados também sugerem que o NPHP5 funcional pode ter estabilizado o portão do cílio primário. Dessa forma, as descobertas não apenas apontam para uma função da proteína NPHP5 no cílio primário, mas também levam a caminho potencial para tratamento no futuro dessa condição de cegueira.
Revisado por Paulo Schor, médico oftalmologista, professor livre docente e diretor de inovação da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e colaborador da Faculdade de Medicina do Hospital Albert Einstein.
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Uma pesquisa da Universidade da Califórnia (EUA) sugere que o envelhecimento é um componente importante da morte das células ganglionares da retina em casos de glaucoma.
Os pesquisadores demostraram como o estresse pode provocar a elevação da pressão intraocular (PIO) no olho, fazendo com que o tecido da retina sofra alterações epigenéticas e transcricionais semelhantes ao envelhecimento natural.
No caso do tecido retiniano jovem, o estresse repetitivo pode induzir características de envelhecimento acelerado, incluindo a idade epigenética acelerada. O trabalho foi publicado na revista Aging Cell.
Em seguida, entenda como foi feita a pesquisa e como os resultados podem auxiliar no tratamento futuro do glaucoma.
A pesquisa
O envelhecimento é um importante fator de risco para o glaucoma. Devido ao aumento da quantidade de idosos em todo o mundo, a estimativa é que o número de pessoas entre 40 e 80 anos com a doença atingirá mais de 110 milhões em 2040.
Em humanos, a PIO segue o ritmo circadiano. Em indivíduos saudáveis, oscila na faixa de 12-21 mmHg e tende a ser mais alta em aproximadamente dois terços dos indivíduos durante o período noturno.
Devido às flutuações da PIO, uma única medição é insuficiente para caracterizar a patologia real e o risco de progressão da doença em pacientes com glaucoma.
A flutuação da PIO a longo prazo tem sido relatada como um forte preditor para a progressão do glaucoma. Este novo estudo sugere que o impacto cumulativo das flutuações é diretamente responsável pelo envelhecimento do tecido.
Para isso, os pesquisadores utilizaram uma nova ferramenta para estimar o impacto do estresse e do tratamento no estado de envelhecimento da retina em camundongos. Eles usaram relógios epigenéticos que podem medir a idade com base nas mudanças de metilação no DNA dos tecidos.
Os resultados
Quando os pesquisadores investigaram a cabeça do nervo óptico dos olhos tratados com leve elevação de pressão, notaram que, na cabeça do nervo óptico jovem, não havia sinal de perda de axônios. No entanto, nos nervos ópticos de animais velhos, foi observada perda setorial significativa de axônios semelhante ao fenótipo comumente observado em pacientes com glaucoma. Imagens: Universidade da Califórnia.
Dessa forma, foi possível mostrar que repetitivas elevações leves da PIO podem acelerar a idade epigenética dos tecidos.
“As mudanças epigenéticas que observamos sugerem que as mudanças no nível da cromatina são adquiridas de forma acumulativa, após várias instâncias de estresse. Isso nos oferece uma janela de oportunidade para a prevenção da perda de visão, se e quando a doença for reconhecida precocemente”, explica o pesquisador Dorota Skowronska-Krawczyk.
Assim, mesmo a elevação hidrostática moderada da PIO resulta em perda de células ganglionares da retina e defeitos visuais correspondentes quando realizada em animais idosos.
Agora, a pesquisa continua para entender o mecanismo das mudanças acumulativas no envelhecimento e, desse modo, encontrar alvos potenciais para novos tratamentos.
Os pesquisadores estão testando diferentes abordagens para prevenir o processo de envelhecimento acelerado resultante do estresse.
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