Photoreceptor loss causes irreversible blindness in many retinal diseases. Repair of such damage by cell transplantation is one of the most feasible types of central nervous system repair; photoreceptor degeneration initially leaves the inner retinal circuitry intact and new photoreceptors need only make single, short synaptic connections to contribute to the retinotopic map. So far, brain- and retina-derived stem cells transplanted into adult retina have shown little evidence of being able to integrate into the outer nuclear layer and differentiate into new photoreceptors. Furthermore, there has been no demonstration that transplanted cells form functional synaptic connections with other neurons in the recipient retina or restore visual function. This might be because the mature mammalian retina lacks the ability to accept and incorporate stem cells or to promote photoreceptor differentiation. We hypothesized that committed progenitor or precursor cells at later ontogenetic stages might have a higher probability of success upon transplantation. Here we show that donor cells can integrate into the adult or degenerating retina if they are taken from the developing retina at a time coincident with the peak of rod genesis. These transplanted cells integrate, differentiate into rod photoreceptors, form synaptic connections and improve visual function. Furthermore, we use genetically tagged post-mitotic rod precursors expressing the transcription factor Nrl (ref. 6) (neural retina leucine zipper) to show that successfully integrated rod photoreceptors are derived only from immature post-mitotic rod precursors and not from proliferating progenitor or stem cells. These findings define the ontogenetic stage of donor cells for successful rod photoreceptor transplantation.

Summary

Background

 Choroideremia is an X-linked recessive disease that leads to blindness due to mutations in the CHM gene, which encodes the Rab escort protein 1 (REP1). We assessed the effects of retinal gene therapy with an adeno-associated viral (AAV) vector encoding REP1 (AAV.REP1) in patients with this disease. 

Methods

 In a multicentre clinical trial, six male patients (aged 35–63 years) with choroideremia were administered AAV.REP1 (0·6–1·0×10¹⁰ genome particles, subfoveal injection). Visual function tests included best corrected visual acuity, microperimetry, and retinal sensitivity tests for comparison of baseline values with 6 months after surgery. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01461213. 

Findings

 Despite undergoing retinal detachment, which normally reduces vision, two patients with advanced choroideremia who had low baseline best corrected visual acuity gained 21 letters and 11 letters (more than two and four lines of vision). Four other patients with near normal best corrected visual acuity at baseline recovered to within one to three letters. Mean gain in visual acuity overall was 3·8 letters (SE 4·1). Maximal sensitivity measured with dark-adapted microperimetry increased in the treated eyes from 23·0 dB (SE 1·1) at baseline to 25·3 dB (1·3) after treatment (increase 2·3 dB [95% CI 0·8–3·8]). In all patients, over the 6 months, the increase in retinal sensitivity in the treated eyes (mean 1·7 [SE 1·0]) was correlated with the vector dose administered per mm² of surviving retina (r=0·82, p=0·04). By contrast, small non-significant reductions (p>0·05) were noted in the control eyes in both maximal sensitivity (–0·8 dB [1·5]) and mean sensitivity (–1·6 dB [0·9]). One patient in whom the vector was not administered to the fovea re-established variable eccentric fixation that included the ectopic island of surviving retinal pigment epithelium that had been exposed to vector. 

Interpretation

 The initial results of this retinal gene therapy trial are consistent with improved rod and cone function that overcome any negative effects of retinal detachment. These findings lend support to further assessment of gene therapy in the treatment of choroideremia and other diseases, such as age-related macular degeneration, for which intervention should ideally be applied before the onset of retinal thinning. 

Funding

 UK Department of Health and Wellcome Trust.

Inherited retinal disease is a common cause of visual impairment and represents a highly heterogeneous group of conditions. Here, we present findings from a cohort of 722 individuals with inherited retinal disease, who have had whole-genome sequencing (n = 605), whole-exome sequencing (n = 72), or both (n = 45) performed, as part of the NIHR-BioResource Rare Diseases research study. We identified pathogenic variants (single-nucleotide variants, indels, or structural variants) for 404/722 (56%) individuals. Whole-genome sequencing gives unprecedented power to detect three categories of pathogenic variants in particular: structural variants, variants in GC-rich regions, which have significantly improved coverage compared to whole-exome sequencing, and variants in non-coding regulatory regions. In addition to previously reported pathogenic regulatory variants, we have identified a previously unreported pathogenic intronic variant in CHM in two males with choroideremia. We have also identified 19 genes not previously known to be associated with inherited retinal disease, which harbor biallelic predicted protein-truncating variants in unsolved cases. Whole-genome sequencing is an increasingly important comprehensive method with which to investigate the genetic causes of inherited retinal disease.

A subretinal visual implant (Alpha IMS, Retina Implant AG, Reutlingen, Germany) was implanted in 29 blind participants with outer retinal degeneration in an international multicenter clinical trial. Primary efficacy endpoints of the study protocol were a significant improvement of activities of daily living and mobility to be assessed by activities of daily living tasks, recognition tasks, mobility, or a combination thereof. Secondary efficacy endpoints were a significant improvement of visual acuity/light perception and/or object recognition (clinicaltrials.gov, NCT01024803). During up to 12 months observation time twenty-one participants (72%) reached the primary endpoints, of which thirteen participants (45%) reported restoration of visual function which they use in daily life. Additionally, detection, localization, and identification of objects were significantly better with the implant power switched on in the first 3 months. Twenty-five participants (86%) reached the secondary endpoints. Measurable grating acuity was up to 3.3 cycles per degree, visual acuities using standardized Landolt C-rings were 20/2000, 20/2000, 20/606 and 20/546. Maximal correct motion perception ranged from 3 to 35 degrees per second. These results show that subretinal implants can restore very-low-vision or low vision in blind (light perception or less) patients with end-stage hereditary retinal degenerations.

To compare the anatomic and functional efficacy and safety of half-dose photodynamic therapy (PDT) versus high-density subthreshold micropulse laser (HSML) treatment in patients with chronic central serous chorioretinopathy (cCSC).

One strategy to restore vision in retinitis pigmentosa and age-related macular degeneration is cell replacement. Typically, patients lose vision when the outer retinal photoreceptor layer is lost, and so the therapeutic goal would be to restore vision at this stage of disease. It is not currently known if a degenerate retina lacking the outer nuclear layer of photoreceptor cells would allow the survival, maturation, and reconnection of replacement photoreceptors, as prior studies used hosts with a preexisting outer nuclear layer at the time of treatment. Here, using a murine model of severe human retinitis pigmentosa at a stage when no host rod cells remain, we show that transplanted rod precursors can reform an anatomically distinct and appropriately polarized outer nuclear layer. A trilaminar organization was returned to rd1 hosts that had only two retinal layers before treatment. The newly introduced precursors were able to resume their developmental program in the degenerate host niche to become mature rods with light-sensitive outer segments, reconnecting with host neurons downstream. Visual function, assayed in the same animals before and after transplantation, was restored in animals with zero rod function at baseline. These observations suggest that a cell therapy approach may reconstitute a light-sensitive cell layer de novo and hence repair a structurally damaged visual circuit. Rather than placing discrete photoreceptors among preexisting host outer retinal cells, total photoreceptor layer reconstruction may provide a clinically relevant model to investigate cell-based strategies for retinal repair.

Photoreceptor transplantation is a potential future treatment for blindness caused by retinal degeneration. Photoreceptor transplantation restores visual responses in end-stage retinal degeneration, but has also been assessed in non-degenerate retinas. In the latter scenario, subretinal transplantation places donor cells beneath an intact host outer nuclear layer (ONL) containing host photoreceptors. Here we show that host cells are labelled with the donor marker through cytoplasmic transfer-94±4.1% of apparently well-integrated donor cells containing both donor and host markers. We detect the occurrence of Cre-Lox recombination between donor and host photoreceptors, and we confirm the findings through FISH analysis of X and Y chromosomes in sex-discordant transplants. We do not find evidence of nuclear fusion of donor and host cells. The artefactual appearance of integrated donor cells in host retinas following transplantation is most commonly due to material transfer from donor cells. Understanding this novel mechanism may provide alternate therapeutic strategies at earlier stages of retinal degeneration.

Background Choroideremia is an X-linked inherited retinal degeneration that begins in childhood with nyctalopia and loss of peripheral vision, and gradually progresses to blindness in adulthood. Choroideremia is caused by null mutations in the CHM gene, which encodes Rab escort protein 1. Objective Assessment of the efficacy and safety of a single subretinal injection of an adeno-associated virus serotype 2 vector encoding Rab escort protein 1 in patients with choroideremia. Design Multicentre open-label clinical trial of a gene therapy for choroideremia using an adeno-associated virus serotype 2-Rab escort protein 1 vector. Setting This study (NCT02407678) was conducted at two NHS eye hospitals in the UK. Participants Males aged 18 years or above, having a clinical diagnosis of choroideremia with genetic confirmation of CHM gene mutation or molecular confirmation of Rab escort protein 1 protein deficiency and having best corrected visual acuity better than or equal to 6/60 (20/200; LogMAR 1.0). Intervention Adeno-associated virus serotype 2-Rab escort protein 1 vector suspension (1 × 10 12 vector particles per ml) was supplied by Nightstar Therapeutics (London, UK), now part of Biogen Inc. (Cambridge, MA, USA). Up to 0.1 ml of adeno-associated virus serotype 2-Rab escort protein 1 vector suspension, corresponding to a dose of up to 1 × 10 11 vector particles, was administered to the treated eye by subretinal injection. Selection of treated eyes was randomised in participants having relatively symmetrical retinal degeneration. Main outcome measures The primary safety-related outcome was change from baseline in best corrected visual acuity in treated eyes at 24 months post treatment, with prospective efficacy evaluated by comparative change from baseline in best corrected visual acuity in treated and untreated contralateral (control) eyes. Secondary outcomes included comparative change from baseline in mean retinal sensitivity (microperimetry) and retinal anatomy (area of autofluorescence) in treated and control eyes. Visual assessments were conducted by masked assessors. Results The primary efficacy-related outcome (comparative change from baseline in best corrected visual acuity in treated and control eyes at 24 months post treatment) was not statistically different between treated eyes (−2.63 letters, standard error of the mean 2.76) and control eyes (+2.67 letters, standard error of the mean 0.768) in all 30 participants ( p = 0.08). Greater loss of visual fields, possibly surgery-induced, was observed in treated eyes. Six serious adverse events were reported in the treated eyes of four participants: one surgery-related and two inflammation-related serious adverse events involving clinically significant decreases in best corrected visual acuity, and three serious adverse events in one participant involving reduction in central retinal sensitivity, but with best corrected visual acuity remaining stable. Limitations No evidence of possible efficacy of the intervention was observed, as a meaningful difference in comparative change from baseline in best corrected visual acuity in treated and control eyes was not discernible at 24 months post treatment. As choroideremia is a very slow degeneration, best corrected visual acuity in control eyes did not decline significantly during the assessment period. Conclusion Although this study has not presented evidence that reduction in visual fields caused by the intervention would be justified by the possible rescue of best corrected visual acuity, a more definitive assessment may be provided by long-term monitoring of trial participants in an observational study (NCT03584165). Trial registration This study is registered as ISRCTN15602229 (www.isrctn.com/) and NCT02407678 (https://clinicaltrials.gov/). Funding This award was funded by the National Institute for Health and Care Research (NIHR) Efficacy and Mechanism Evaluation (EME) programme (NIHR award ref: 12/66/35) and is published in full in Efficacy and Mechanism Evaluation ; Vol. 11, No. 9. See the NIHR Funding and Awards website for further award information.