Die Gentherapie mit viralen Vektoren ist eine Technik zur Ergänzung oder Reparatur defekter Gene. Das Auge besitzt drei Eigenschaften – Immunprivileg, Blut-Retina-Schranke und terminal differenzierte Zellen – die es zu einem besonders geeigneten Organ für die Gentherapie machen.
Das Immunprivileg ist ein Mechanismus, durch den das Auge Entzündungsreaktionen begrenzt, um die Sehfunktion zu erhalten. Immunmodulatorische Moleküle unterdrücken Entzündungszellen und reduzieren die Immunantwort gegen das Transgen. Die Blut-Retina-Schranke begrenzt die systemische Exposition von Medikamenten und verringert Nebenwirkungen. Die Zusammensetzung aus terminal differenzierten Zellen (Photorezeptoren und RPE-Zellen) reduziert das Risiko einer chromosomalen Integration und Insertionsmutagenese von Natur aus.
Es wurden über 270 Genmutationen entdeckt, die erbliche Netzhauterkrankungen (IRD) verursachen, die hauptsächlich Photorezeptoren oder RPE-Zellen betreffen. Da die meisten IRD monogenetische Erkrankungen sind, sind sie ideale Ziele für die Gentherapie.
Im Dezember 2017 genehmigte die FDA Voretigen Neparvovec (Handelsname: Luxturna), entwickelt von Spark Therapeutics. Die EMA genehmigte es ebenfalls im Jahr 20185). Es ist das weltweit erste ophthalmologische Gentherapieprodukt, das auf IRD (LCA2 und Retinitis pigmentosa) im Zusammenhang mit biallelischen Mutationen des RPE65-Gens abzielt.
Das Auge verfügt über ein Immunprivileg, eine Blut-Retina-Schranke und einen geschlossenen Raum, sodass kleine Vektormengen effizient an die Zielzellen abgegeben werden können. Darüber hinaus besteht die Netzhaut aus nicht teilungsfähigen, terminal differenzierten Zellen, was eine stabile und langfristige Genexpression gewährleistet. Diese Faktoren beschleunigen die Gentherapie in der Augenheilkunde.
Die Symptome erblicher Netzhauterkrankungen, die mit Gentherapie behandelt werden, variieren je nach Erkrankung, die wichtigsten sind jedoch:
Fundusbefunde bei LCA2
Knochenkörperchenartige Pigmentablagerungen : schwarze, körnige Ablagerungen um die Netzhautgefäße und in der mittleren Peripherie. Klassischer Befund bei RP.
Verengung der Netzhautgefäße : Die Arterien werden mit fortschreitender Erkrankung dünner.
Blässe der Papille : Im fortgeschrittenen Stadium zu beobachten.
Verminderte FAF : Verminderte Autofluoreszenz aufgrund einer Störung des Sehzyklus. Charakteristisch für RPE65-IRD.
Komplikationen nach VN-Behandlung
Chorioretinale Atrophie (CRA) : In 13–28 % der Fälle nach der Operation berichtet. Kann auch außerhalb der Retinotomiestelle auftreten 2).
Subretinale Blasenbildung : Vorübergehende Ablösung von Photorezeptoren und RPE nach subretinaler Injektion.
Vitritis : Entzündungsreaktion, die hauptsächlich früh nach der Behandlung auftritt
Posteriore subkapsuläre Katarakt : bei Langzeitverläufen berichtet1)
Die wichtigsten viralen Vektoren in der ophthalmologischen Gentherapie sind AAV, Adenovirus und Lentivirus. Ihre Eigenschaften sind unten aufgeführt5).
| Vektor | Nukleinsäure | Kapazität | Immunogenität | Insertionsmutagenese |
|---|---|---|---|---|
| AAV | Einzelstrang-DNA | ca. 4,7 kb | Niedrig | Niedrig (episomal) |
| Adenovirus | Doppelstrang-DNA | bis zu 37 kb | Hoch | Niedrig (episomal) |
| Lentivirus | Einzelsträngige RNA | 8–10 kb | Mittel | Ja (Chromosomenintegration) |
AAV ist ein unbehülltes einzelsträngiges DNA-Virus aus der Familie der Parvoviridae. Es ist derzeit der am weitesten verbreitete Vektor in der retinalen Gentherapie5).
Die Vorteile von AAV sind wie folgt5):
13 eindeutige Serotypen wurden identifiziert, wobei AAV2, AAV4, AAV5 und AAV8 hauptsächlich in der Augenheilkunde verwendet werden. AAV2 infiziert erfolgreich die innere Netzhaut von der Glaskörperseite aus, aber die Erreichung der äußeren Netzhaut ist begrenzt. Die subretinale Verabreichung von AAV2 und AAV8 zeigt eine effektive Einführung in RPE bzw. Photorezeptoren.
Etwa 70% der Allgemeinbevölkerung haben vorbestehende Antikörper gegen AAV2, und 38% haben Antikörper gegen AAV8. Diese neutralisierenden Antikörper sind mit einer verminderten Genexpression verbunden, daher könnten Vektoren auf AAV8-Basis wirksamer sein als solche auf AAV2-Basis.
Die Verpackungskapazität ist auf etwa 4,7–4,8 kb begrenzt, sodass große Gene wie ABCA4 (Morbus Stargardt) oder MYO7A (Usher-Syndrom) nicht behandelt werden können5).
Es ist ein unbehülltes Doppelstrang-DNA-Virus, das bis zu 37 kb Gene aufnehmen kann. Es zeichnet sich durch einen schnellen Expressionsbeginn innerhalb von 48 Stunden nach Injektion aus. Es löst jedoch eine starke Immunantwort aus, und es wurde über schwerwiegende Nebenwirkungen wie Fieber, Leberschäden, systemische Infektion und Tod berichtet. Daher wird es in der Augenheilkunde derzeit nur in einer einzigen Studie zum Retinoblastom eingesetzt5).
Es ist ein einzelsträngiges RNA-Retrovirus, das von HIV, dem Equinen Infektiösen Anämievirus (EIAV) usw. abstammt. Es kann 8–10 kb Gene aufnehmen, ist effektiv für die Transduktion von RPE-Zellen, kann aber Photorezeptoren nicht effektiv ansteuern. Im Gegensatz zu AAV und Adenovirus integriert es komplementäre DNA in das Chromosom, was ein Risiko für Insertionsmutagenese birgt5). EIAV-Vektoren werden in klinischen Studien zu Morbus Stargardt und Usher-Syndrom (USH1B) eingesetzt.
Da die Kapazität von AAV auf etwa 4,7–4,8 kb begrenzt ist, können Krankheiten, die die Kodierung großer Gene wie ABCA4 (Morbus Stargardt), MYO7A (Usher-Syndrom) oder EYS erfordern, nicht mit AAV behandelt werden5). In diesem Fall sind lentivirale Vektoren eine Option, jedoch mit dem Risiko der chromosomalen Integration.
Es gibt hauptsächlich drei Verabreichungswege für die virale Gentherapie in der Augenheilkunde. Die Merkmale und Indikationen jedes Weges sind unten aufgeführt.
Intravitreale Injektion
Invasivität: am wenigsten invasiv. Kann ambulant unter Lokalanästhesie durchgeführt werden.
Erreichte Bereiche: hauptsächlich die innere Netzhaut. Die äußere Netzhaut (RPE, Photorezeptoren) wird durch die innere Grenzmembran (ILM) stark behindert5).
Immunreaktion: Die humorale Immunantwort ist oft stark. Es werden neutralisierende Antikörper produziert, die die Verabreichung desselben Vektors im anderen Auge beeinträchtigen können.
Komplikationen: Endophthalmitis, Netzhautablösung (Inzidenz < 1 %).
Subretinale Injektion
Invasivität: am höchsten. Eine Vitrektomie über die Pars plana im Operationssaal ist erforderlich.
Zugangsort: direkter Zugang zur äußeren Netzhaut (RPE/Photorezeptoren). Voretigen Neparvovec wird über diesen Weg verabreicht 5).
Immunreaktion: minimale humorale Immunantwort. Weniger Entzündung als bei intravitrealer Injektion 5).
Komplikationen: Makulaloch, subretinale Blutung, Fibrose, Netzhautablösung.
Die suprachoroidale Verabreichung ist ein relativ neuer Weg, der das periphere RPE und die Aderhaut breitflächig anvisieren kann und möglicherweise eine direkte Manipulation der Makula vermeidet 5).
Wird im Operationssaal unter retrobulbärer (oder Vollnarkose) durchgeführt. Nach Desinfektion der Augenoberfläche mit Jod wird eine Vitrektomie über die Pars plana mit 23- oder 25-Gauge-Instrumenten durchgeführt. Dann wird eine 41-Gauge-Kanüle in den subretinalen Raum platziert, durch Injektion von intraokularer Spüllösung (BSS) eine Blase erzeugt und anschließend der virale Vektor verabreicht. Die intraoperative OCT ist nützlich für die Ortung und Verbesserung der Injektionsgenauigkeit.
Postoperativ wird für 2–24 Stunden Rückenlage angeordnet, um die Flüssigkeit am hinteren Pol zu halten. Orale Gabe von Prednison für 21–61 Tage postoperativ, mit Ausschleichen nach den ersten 2 Wochen. Die Nachsorge umfasst die Beurteilung von Sehschärfe, Gesichtsfeld, Mikroperimetrie, ERG, OCT, Fundusfotografie und Autofluoreszenz (AF).
Voretigen Neparvovec (Luxturna) ist ein ophthalmologisches virales Gentherapieprodukt, das von der FDA (2017) und EMA (2018) für IRD im Zusammenhang mit biallelischen Mutationen des RPE65-Gens zugelassen wurde5). Es verwendet AAV2 mit einem RPE65-Transgen, das durch subretinale Injektion an überlebende RPE-Zellen abgegeben wird.
Die Phase-III-Studie umfasste 29 Patienten ab 3 Jahren mit einer Sehschärfe von 20/60 oder schlechter und zeigte eine Verbesserung der funktionellen Sehfähigkeit im Multi-Luminance-Mobilitätstest (MLMT) (leichte Entzündung bei 2 Patienten, keine schwerwiegenden Komplikationen).
Die Zulassungskriterien sind wie folgt:
| Erkrankung | Gen | Vektor | Verabreichungsweg |
|---|---|---|---|
| X-chromosomale Retinoschisis (XLRS) | RS1 | AAV | Intravitreal |
| Morbus Stargardt | ABCA4 | EIAV (Lentivirus) | Subretinal |
| Choroideremie | CHM (REP1) | AAV2 | Subretinal |
| Retinitis pigmentosa (X-chromosomal) | RPGR | AAV8/AAV9 | Subretinal |
| Achromatopsie | CNGA3/CNGB3 | AAV | Subretinal |
| Neovaskuläre altersbedingte Makuladegeneration | Aflibercept | AAV2 | Intravitreal |
| LHON | ND4 | AAV2 | Intravitreal |
Derzeit laufen über 30 klinische Studien zur Gentherapie in der Augenheilkunde.
Das Vorliegen biallelischer pathogener Mutationen im RPE65-Gen und das Vorhandensein behandelbarer überlebender Netzhautzellen sind Voraussetzungen für die Indikation 5). Bei vollständiger Blindheit mit nahezu null Sehfunktion ist die Wirkung gering, daher ist eine Behandlung wichtig, solange noch Restfunktionen nachweisbar sind.
RPE65 (Retinoid-Isomerohydrolase) ist ein in RPE-Zellen stark exprimiertes Enzym, das im Sehzyklus all-trans-Retinyl-Ester in 11-cis-Retinol umwandelt. Ein Mangel an RPE65 führt zu einem Mangel an 11-cis-Retinal (einem Vitamin-A-Derivat, das als Vorstufe für die Photorezeptorpigmente dient) und beeinträchtigt die Phototransduktion in den Photorezeptoren.
Das AAV-Kapsid besteht aus einer Beta-Fass-Struktur und oberflächenexponierten Loops; die Oberflächenloops bestimmen den Gewebetropismus 5). Je nach Verabreichungsweg kommen unterschiedliche Zellen mit dem Kapsid in Kontakt, daher hängt die transduzierte Zelle von der Kombination aus Verabreichungsweg und Kapsid ab.
Der Tropismus für RPE und Photorezeptoren nach Serotyp ist wie folgt:
Fremdproteine und fremde DNA sind als Entzündungsinduktoren bekannt und können auch in der immunprivilegierten intraokularen Umgebung Entzündungen auslösen. Bei intravitrealer Injektion verteilt sich der Vektor im gesamten Glaskörperraum, was eine humorale Immunantwort begünstigt. Im Gegensatz dazu bietet die subretinale Injektion eine bessere Abschirmung des Vektors vor dem Immunsystem, mit geringerer Entzündungsreaktion 5).
Das Kapsid verursacht spezifisch eine intravitreale Entzündung, während das genetische Material an Entzündungen sowohl des vorderen als auch des hinteren Augenabschnitts beteiligt ist. Es wurde bestätigt, dass leere Kapside nach intravitrealer Injektion ebenfalls eine Vitritis verursachen.
Der Mechanismus der CRA nach VN-Behandlung ist nicht vollständig geklärt, aber mehrere Faktoren werden als beteiligt angesehen.
Kolesnikova et al. (2022) berichteten über eine 8-Jahres-Nachbeobachtung eines Patienten, der im Alter von 11 Jahren mit VN behandelt wurde und im Alter von 19 Jahren eine chorioretinale Atrophie entwickelte4). Vor der Behandlung war die Autofluoreszenz fast verschwunden, aber bei den Nachuntersuchungen nach 6 und 8 Jahren wurde parafoveal Autofluoreszenz nachgewiesen, was auf eine kontinuierliche Funktion des Sehzyklus hinweist. Nach 8 Jahren war die Sehschärfe beider Augen auf die Ausgangswerte vor der Behandlung zurückgekehrt, und die Krankheit war stabil.
Merle et al. (2025) berichteten über kurzfristige Ergebnisse der VN-Behandlung bei 4 Kindern (6–12 Jahre) mit leichter RPE65-IRD3). In allen Fällen wurde eine Verbesserung der FST (Ganzfeld-Stimulationsschwelle) bestätigt, was auf einen Stäbchen-Rettungseffekt hinweist. Bei 3 Fällen wurde eine CRA an der Retinotomiestelle beobachtet, jedoch ohne fortschreitende Ausdehnung. Eine frühzeitige Behandlung, wenn die Netzhautdegeneration geringer ist, könnte das Risiko einer schnell expandierenden CRA verringern.
Ku et al. (2024) berichteten über 4 Fälle (Erstbehandlung im Alter von 6–11 Jahren, VN-Verabreichung im Alter von 12–21 Jahren), bei denen später VN in das kontralaterale Auge verabreicht wurde, das zuvor mit einem anderen AAV-Vektor (rAAV2-CB-hRPE65) behandelt worden war2). Bei 3 von 4 Fällen trat eine CRA im VN-behandelten Auge auf (innerhalb von 5–22 Monaten). Eine FST-Verbesserung wurde in allen Fällen bestätigt, aber die CRA-Inzidenz war mit 15–75 % deutlich höher als üblich. Die Autoren schlugen einen kombinierten Mechanismus aus Immunisierung und metabolischer Überlastung vor. Die Verabreichung verschiedener Vektoren in verschiedene Augen erfordert eine sorgfältige Abwägung.
Gerichtete Evolution: Durch künstliche Optimierung von AAV-Kapsiden werden Vektoren entwickelt, die die dicke innere Grenzmembran von Primaten durchdringen und die äußere Netzhaut erreichen können5). Dies könnte eine Genabgabe an die äußere Netzhaut auch durch intravitreale Injektion ermöglichen.
RdCVF (Stäbchen-abgeleiteter Zapfen-Überlebensfaktor): Wird als neuroprotektive Strategie zur Förderung des Zapfenüberlebens untersucht5). Es könnte eine gemeinsame Behandlung für mehrere genetische Subtypen darstellen.
Gen-Editierung (CRISPR/Cas9): Präklinische Forschung zur AAV-vermittelten Genomchirurgie ist im Gange, insbesondere für Anwendungen bei altersbedingter Makuladegeneration und Erkrankungen durch dominante Mutationen5).
Suprachoroidale Verabreichung: Dieser neue Weg wird erforscht, um eine breite Behandlung des peripheren RPE und der Aderhaut zu ermöglichen5).
Viele Berichte zeigen, dass auch in Augen mit CRA die Sehschärfe (BCVA) erhalten bleibt und die FST-Verbesserung tendenziell anhält 4). Wenn die CRA jedoch die Fovea erreicht, sind Auswirkungen auf das Sehvermögen zu befürchten. Das Wachstumsmuster der CRA variiert stark zwischen Individuen, sodass eine langfristige Bildüberwachung erforderlich ist.
