Oczy są naszym oknem na świat, dosłownie. Zaglądając w oczy pacjenta możemy otrzymać wiele informacji na temat jego stanu zdrowia. U ludzi siatkówka, znajdująca się na tylnej ścianie oczu, jest główną strukturą odpowiadającą za percepcję otaczającego nas świata. Siatkówka narażona jest na wiele niebezpieczeństw pochodzących zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak również od urazów zewnętrznych. Duża część chorób siatkówki jest, jednak, wynikiem dziedziczonych mutacji genetycznych. Najbardziej powszechnymi chorobami siatkówki prowadzącymi do permanentnej ślepoty są choroby degeneracyjne. Do chorób tych należy barwnikowe zwyrodnienie siatkówki (ang. Retinitis pigmentosa) oraz degeneracja plamki żółtej związanej z wiekiem (ang. age-related macular degeneration). W obu przypadkach pacjenci tracą komórki odpowiadające za detekcję światła w oczach – fotoreceptory. Szacuje się, że na świecie żyje około 200 milionów ludzi borykających się z problemami układu wzrokowego. Każdy zgodzi się, że problemy ze wzrokiem znacząco pogarszają jakość życia. Obecnie prowadzone są prace nad wieloma strategiami mającymi na celu zapobieganie umierania fotoreceptorów bądź przywracania wzroku przy wykorzystaniu transplantów siatkówki, komórek macierzystych lub terapii genowej. Dostarczenie do siatkówki białek reagujących na światło tzw. opsyn, za pomocą wirusów wydaje się być najprostszą metodą przywracania wzroku. Niestety, jak do tej pory, żadna z tych metod nie zadziałała w wystarczająco wydajny sposób, a w związku z tym, nie jest na tyle rozwinięta, aby z powodzeniem zastosować ją w leczeniu chorób u ludzi. W naszym projekcie pracujemy nad opracowaniem zupełnie nowej terapii wirusowej, która umożliwi dostarczenie opsyn do wielu komórek siatkówki, a jednocześnie przywróci możliwość selektywnej detekcji bodźców wizualnych. Aby osiągnąć zamierzony cel wykorzystujemy innowacyjną metodę infekcji neuronów siatkówki, opartą na wirusie wścieklizny. Wirus ten ma bardzo unikatowe właściwości. Jest w stanie wstecznie infekować neurony, a dzięki temu podążać w przeciwnym kierunku do orientacji połączeń komórek, tj. akson – dendryt. Ta unikatowa cecha umożliwia dostarczenie opsyn do poszczególnych warstw siatkówki, a tym samym pozwala przywrócić jej funkcjonalność i naśladować naturalny sposób przetwarzania informacji. Uważamy, że taka strategia pozwoli na przywrócenie selektywnych odpowiedzi na bodźce wizualne w korze wzrokowej. Selektywność odpowiedzi pojedynczych neuronów na bodźce wzrokowe badamy jako odpowiedź neuronów na błyski światła oraz ruchome czarno-białe prążki o różnych parametrach tj. orientacja, wielkość, częstotliwość przestrzenna oraz czasowa i kontrast.
Dzięki rejestracjom elektrofizjologicznym oraz testom behawioralnym badamy do jakiego stopnia niewidome zwierzęta odzyskały wzrok. Celem naszych badań jest stworzenie nowej i efektywnej terapii wirusowej.

Obraz: Strategia dostarczania opsyn do specyficznych populacji komórek nerwowych siatkówki za pomocą pseudotypowanego wirusa wścieklizny u myszy zdrowych i dotkniętych mutacją genu P23H, która prowadzi do degeneracji fotoreceptorów (czopków) i utraty wzroku.
Tekst: dr hab. Andrzej Foik
Team:
dr hab. Andrzej Foik
dr Jagoda Płaczkiewicz
dr Katarzyna Kordecka
mgr inż. Bartłomiej Bałamut
mgr inż. Anna Galińska
dr Hubert Doleżyczek
mgr inż. Milena Gumkowska
mgr inż. Lucyna Piórkowska
mgr inż. Karolina Saran
Słowa kluczowe: wirus wścieklizny, neurony hamujace, siatkówka, komórki dwubiegunowe, przywracanie wzroku, terapia genowa, terapia wirusowa
Referencje:
F. Gao, E. Tom, C. Rydz, W. Cho, A. V. Kolesnikov, Y. Sha, A. Papadam, S. Jafari, A. Joseph, A. Ahanchi, N. Balalaei Someh Saraei, D. Lyon, A. Foik, Q. Nie, F. Grassmann, V. J. Kefalov, D. Skowronska-Krawczyk “Polyunsaturated Fatty Acid – mediated Cellular Rejuvenation for Reversing Age-related Vision Decline” bioRxiv., 2024.07.01.601592. (2024) https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.01.601592v1
H. Leinonen, J. Zhang, L. M. Occelli, U. Seemab, E. H. Choi, L. Felipe L P Marinho, J. Querubin, A. V. Kolesnikov, A. Galinska, K. Kordecka, T. Hoang, D. Lewandowski, T. T. Lee, E. E. Einstein, D. E. Einstein, Z. Dong, P. D. Kiser, S. Blackshaw, V. J. Kefalov, M. Tabaka, A. Foik, S. M. Petersen-Jones, K. Palczewski “A combination treatment based on drug repurposing demonstrates mutation-agnostic efficacy in pre-clinical retinopathy models” Nat Commun., 15(1):5943. (2024) https://www.nature.com/articles/s41467-024-50033-5
R. Hołubowicz, S. W. Du, J. Felgner, R. Smidak, E. H Choi, G. Palczewska, C. Rodrigues Menezes, Z. Dong, F. Gao , O. Medani, A. L. Yan, M. W. Hołubowicz, P. Z. Chen, M. Bassetto, E. Risaliti, D. Salom , J. N. Workman, P. D. Kiser, A. T. Foik, D. C. Lyon, G. A. Newby, D. R. Liu, P. L Felgner, K. Palczewski “Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations” Nat Biomed Eng. (2024) https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2
P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.1117/1.NPh.11.4.045003
Z. J. Engfer, D. Lewandowski, Z. Dong, G. Palczewska, J. Zhang, K. Kordecka, J. Płaczkiewicz, D. Panas, A. T. Foik, M. Tabaka, and Krzysztof Palczewski „Distinct mouse models of Stargardt disease display differences in pharmacological targeting of ceramides and inflammatory responses” Proc Natl Acad Sci U S A, 120(50):e2314698120., (2023) https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314698120
E. H. Choi, S. Suh, A. T. Foik, H. Leinonen, G. A. Newby, X. D. Gao, S, Banskota, T. Hoang , S. W. Du, Z. Dong, A. Raguram, S. Kohli, S. Blackshaw, D. C. Lyon, D. R. Liu, K. Palczewski “In vivo base editing rescues cone photoreceptors in a mouse model of early-onset inherited retinal degeneration” Nat Commun. 13(1):1830, (2022), https://doi.org/10.1038/s41467-022-29490-3
H. Leinonen, D. C Lyon, K. Palczewski, A. T. Foik “Visual System Hyperexcitability and Compromised V1 Receptive Field Properties in Early-Stage Retinitis Pigmentosa in Mice” eNeuro.9(3):ENEURO.0107-22.2022., (2022). https://www.eneuro.org/content/9/3/ENEURO.0107-22.2022
J.C. Frankowski, A. T. Foik, A. Tierno, J. R. Machhor, D. C. Lyon, R. F. Hunt “Traumatic brain injury to primary visual cortex produces long-lasting circuit dysfunction” Commun Biol (1):1297, (2021). https://www.nature.com/articles/s42003-021-02808-5