Abstract Restoring vision using optogenetics is an ideal medical application because the eye offers a direct window to access and stimulate the pathological area: the retina. Optogenetic therapy could be applied to diseases with photoreceptor degeneration such as retinitis pigmentosa. Here, we select the specific optogenetic construct that is now used in the clinical trial and assess the opsin functional efficacy on non-human primate’s retinal ganglion cells (RGCs). We chose the microbial opsin ChrimsonR and showed that the vector AAV2.7m8 produced greater transfection in RGCs compared to AAV2, and that ChrimsonR attached to tdTomato (ChR-tdT) is more efficiently expressed than ChrimsonR. The 600 nm light activates the RGCs transfected with the vector AAV2.7m8-ChR-tdT from an irradiance of 10 15 photons.cm -2 .s -1 . Vector doses of 5.10 10 and 5.10 11 vg/eye transfect up to 7000 RGCs/mm 2 in the perifovea, with no significant immune reaction. Furthermore, using a multielectrode array we recorded RGCs responses starting from 1ms stimulus duration. Using the recorded activity we were able to decode stimulus information and estimate a theoretical visual acuity of 20/249, above legal blindness. Altogether, our results pave the way for the ongoing clinical trial with the AAV2.7m8-ChrimsonR-tdT vector for vision restoration in patients affected by retinitis pigmentosa. One Sentence Summary We select here the vector and genetic construct best suited to provide vision restoration in patients suffering from retinopathies, we demonstrate temporal resolution compatible with high dynamic visual scenes and a visual acuity above legal blindness.

Abstract White matter disorders of the CNS such as MS, lead to failure of nerve conduction and long-lasting neurological disabilities affecting a variety of sensory and motor systems including vision. While most disease-modifying therapies target the immune and inflammatory response, the promotion of remyelination has become a new therapeutic avenue, to prevent neuronal degeneration and promote recovery. Most of these strategies are developed in short-lived rodent models of demyelination, which spontaneously repair and do not reflect the size, organization, and biology of the human CNS. Thus, well-defined non-human primate models are required to efficiently advance therapeutic approaches for patients. Here, we followed the consequence of long-term toxin-induced demyelination of the macaque optic nerve on remyelination and axon preservation, as well as its impact on visual functions. Findings from oculo-motor behavior, ophthalmic examination, electrophysiology, and retinal imaging indicate visual impairment involving the optic nerve and retina. These visual dysfunctions fully correlated at the anatomical level, with sustained optic nerve demyelination, axonal degeneration, and alterations of the inner retinal layers. This non-human primate model of chronic optic nerve demyelination associated with axonal degeneration and visual dysfunction, recapitulates several key features of MS lesions and should be instrumental in providing the missing link to translate emerging repair pro-myelinating/neuroprotective therapies to the clinic for myelin disorders such as MS. Significance Statement Promotion of remyelination has become a new therapeutic avenue, to prevent neuronal degeneration and promote recovery in white matter diseases such as MS. To date most of these strategies are developed in short-lived rodent models of demyelination, which spontaneously repair. Well-defined non-human primate models closer to man would allow to efficiently advance therapeutic approaches. Here we present a non-human primate model of optic nerve demyelination that recapitulates several features of MS lesions. The model leads to failed remyelination, associated with progressive axonal degeneration and visual dysfunction, thus providing the missing link to translate emerging pre-clinical therapies to the clinic for myelin disorders such as MS.

Abstract The anatomical differences between the retinas of humans and most animal models pose a challenge for testing novel therapies. Non-human primate (NHP) retina is anatomically closest to the human retina with the presence of a high acuity region called the fovea. However, there is a lack of relevant NHP models for retinal degeneration that can be used for preclinical studies of vision restoration. To address this unmet need we aimed to generate inducible NHP models of photoreceptor degeneration. We generated three cynomolgus macaque models using distinct strategies. We used two genetically targeted strategies using optogenetics and Crispr-Cas9 to ablate specifically rods to mimic rod-cone dystrophy. Additionally, we created an acute model by physical separation of the photoreceptors and retinal pigment epithelium using a polymer patch. Retinal degeneration was evaluated in all three models by in-life exams such as fundus imaging, optical coherence tomography, adaptive optics and electroretinography. In the genetic models we observed punctuate areas of degeneration in the injected area marked by disorganization of outer segments, loss of rod photoreceptors and thinning of the outer nuclear layer. In the acute model, the degeneration was faster and involved both rods and cones. Among the three distinct NHP models, the Crispr-Cas9 based approach was the most advantageous model in view of recapitulating disease specific features and its ease of implementation. The acute model however resulted in the fastest degeneration making it the most relevant model for testing end-stage vision restoration therapies such as stem cell transplantation.

Abstract Over the last 15 years, optogenetics has changed fundamental research in neuroscience, and is now reaching toward therapeutic applications. Vision restoration strategies using optogenetics are now at the forefront of these new clinical opportunities. But applications to human patients suffering from retinal diseases leading to blindness rise important concerns on the long-term functional expression of optogenes and the efficient signal transmission to higher visual centers. Here we demonstrate in non-human primates, continued expression and functionality at the retina level ∼20 months after delivery of our construct. We also performed in-vivo recordings of visually evoked potentials in the primary visual cortex of anaesthetized animals. Using synaptic blockers, we isolated the in-vivo cortical activation resulting from the direct optogenetic stimulation of primate retina. In conclusion, our work indicates long-term transgene expression and transmission of the signal generated in the macaque retina to the visual cortex, two important features for future clinical applications.

ABSTRACT The positive clinical outcomes in adeno-associated virus (AAV)-mediated retinal gene therapy have often been attributed to the low immunogenicity of AAVs along with the immune-privilege of the eye. However, several recent preclinical studies and clinical trials have shown potential for inflammatory responses to AAV mediated gene therapy. Our current understanding of the factors contributing to intraocular inflammation such as the existence of serum antibodies against AAVs prior to injection and their contribution to increases in antibody levels post-injection is incomplete. The parameters that regulate the generation of new antibodies in response to the AAV capsid or transgene post-injection after intraocular administration are also insufficiently described. In this study we carried out a retrospective analysis of the pre-existing serum antibodies in correlation with changes in antibody levels after intraocular injections of AAV in non-human primates (NHPs). We analyzed NHP serums for the presence of both Binding Antibodies (BABs), as well as a subset of these called Neutralizing Antibodies (NABs) that impede AAV transduction upon binding. We observed significantly higher pre-existing serum BABs against AAV8 compared to other serotypes. We observed a dose-dependent increase in both BABs and NABs in the serums collected post-injection, irrespective of the serotype or the mode of injection. Lastly, we were able to demonstrate a co-relation between the serum BAB levels with clinical grading of inflammation and levels of transgene expression.