Objective

To determine the safety and efficacy of subretinal gene therapy in the RPE65 form of Leber congenital amaurosis using recombinant adeno-associated virus 2 (rAAV2) carrying the RPE65 gene.

Design

Open-label, dose-escalation phase I study of 15 patients (range, 11-30 years of age) evaluated after subretinal injection of the rAAV2- RPE65 vector into the worse-functioning eye. Five cohorts represented 4 dose levels and 2 different injection strategies.

Main Outcome Measures

Primary outcomes were systemic and ocular safety. Secondary outcomes assayed visual function with dark-adapted full-field sensitivity testing and visual acuity with Early Treatment Diabetic Retinopathy Study charts. Further assays included immune responses to the vector, static visual fields, pupillometry, mobility performance, and optical coherence tomography.

Results

No systemic toxicity was detected; ocular adverse events were related to surgery. Visual function improved in all patients to different degrees; improvements were localized to treated areas. Cone and rod sensitivities increased significantly in the study eyes but not in the control eyes. Minor acuity improvements were recorded in many study and control eyes. Major acuity improvements occurred in study eyes with the lowest entry acuities and parafoveal fixation loci treated with subretinal injections. Other patients with better foveal structure lost retinal thickness and acuity after subfoveal injections.

Conclusions

Gene therapy for Leber congenital amaurosis caused by RPE65 mutations is sufficiently safe and substantially efficacious in the extrafoveal retina. There is no benefit and some risk in treating the fovea. No evidence of age-dependent effects was found. Our results point to specific treatment strategies for subsequent phases.

Application to Clinical Practice

Gene therapy for inherited retinal disease has the potential to become a future part of clinical practice.

Trial Registration

clinicaltrials.gov Identifier: NCT00481546

Significance The first retinal gene therapy in human blindness from RPE65 mutations has focused on safety and efficacy, as defined by improved vision. The disease component not studied, however, has been the fate of photoreceptors in this progressive retinal degeneration. We show that gene therapy improves vision for at least 3 y, but photoreceptor degeneration progresses unabated in humans. In the canine model, the same result occurs when treatment is at the disease stage equivalent to humans. The study shows the need for combinatorial therapy to improve vision in the short term but also slow retinal degeneration in the long term.

Leber congenital amaurosis 1 (LCA1), caused by mutations in GUCY2D, is a rare inherited retinal disease that typically causes blindness in early childhood. The aim of this study was to evaluate the safety and preliminary efficacy of ascending doses of ATSN-101, a subretinal AAV5 gene therapy for LCA1.

Abstract The inherited childhood blindness caused by mutations in NPHP5 , a form of Leber congenital amaurosis, results in abnormal development, dysfunction and degeneration of photoreceptors. A naturally occurring NPHP5 mutation in dogs results in a phenotype that very nearly duplicates the human retinopathy in terms of the photoreceptors involved, spatial distribution of degeneration and the natural history of vision loss. We show that AAV-mediated NPHP5 gene augmentation of mutant canine retinas at the time of active degeneration and peak cell death stably restores photoreceptor structure, function, and vision with either the canine or human NPHP5 transgenes. Mutant cone photoreceptors, which failed to form outer segments during development, reform this structure after treatment. Degenerating rod photoreceptor outer segments are stabilized and develop normal structure. This process begins within 8 weeks following treatment, and remains stable throughout the 6 month post treatment period. In both photoreceptor cell classes, mislocalization of rod and cone opsins is minimized or reversed. Retinal function and functional vision are restored. Efficacy of gene therapy in this large animal ciliopathy model of Leber congenital amaurosis provides a path for translation to human treatment.