Para saintis memasukkan gen untuk reseptor cahaya hijau ke dalam mata tikus buta dan, sebulan kemudian, tikus telah menavigasi sekitar halangan semudah mereka yang tidak mempunyai masalah penglihatan.

Tikus dapat melihat gerakan, kecerahan berubah dalam jarak seribu kali ganda, dan detail terperinci pada iPad cukup untuk membezakan huruf.

Para penyelidik mengatakan bahawa, dalam masa tiga tahun, terapi gen yang dihantar melalui virus yang tidak aktif boleh pergi ke pengujian pada manusia yang telah hilang penglihatan kerana degenerasi retina, dengan ideal memberi mereka penglihatan yang cukup untuk bergerak dan berpotensi memulihkan keupayaan mereka membaca atau menonton video.

"Anda akan menyuntik virus ini ke mata seseorang dan, beberapa bulan kemudian, mereka akan melihat sesuatu," kata Ehud Isacoff, seorang profesor biologi sel dan molekul di University of California, Berkeley, dan pengarah Helen Wills Institut Neurosains.

"... betapa indahnya bagi orang buta untuk mendapatkan semula kemampuan untuk membaca monitor komputer biasa, berkomunikasi dengan video, menonton filem."

"Dengan penyakit neurodegenerative retina, seringkali semua orang cuba lakukan adalah berhenti atau perlahan degenerasi lebih lanjut. Tetapi sesuatu yang memulihkan imej dalam beberapa bulan-itu adalah satu perkara yang menakjubkan untuk difikirkan. "

Kira-kira 170 juta orang di seluruh dunia hidup dengan degenerasi makula yang berkaitan dengan usia, yang menyerang seseorang di kalangan 10 sejak 55, manakala 1.7 juta orang di seluruh dunia mempunyai bentuk kebutaan yang paling biasa, retinitis pigmentosa, yang biasanya menyebabkan orang buta oleh usia daripada 40.

"Saya mempunyai kawan yang tidak mempunyai persepsi ringan, dan gaya hidup mereka sangat merendahkan hati," kata John Flannery, profesor biologi molekul dan sel yang berada di fakulti Optometri Sekolah.

"Mereka perlu mempertimbangkan apa yang dilihat oleh orang yang berpandangan. Sebagai contoh, setiap kali mereka pergi ke sebuah hotel, setiap susun atur bilik sedikit berbeza, dan mereka memerlukan seseorang untuk berjalan di sekeliling bilik sambil membina peta 3D di kepala mereka. Objek setiap hari, seperti meja kopi yang rendah, boleh menjadi bahaya yang jatuh. Beban penyakit adalah sangat besar di kalangan orang-orang yang mengalami kehilangan penglihatan yang teruk, dan mereka mungkin calon pertama untuk terapi semacam ini. "

Terapi baru melibatkan menyuntikkan virus yang tidak aktif ke dalam vitreous untuk membawa gen secara terus ke dalam sel ganglion. Versi terdahulu terapi virus memerlukan menyuntikkan virus di bawah retina (bawah). (Kredit: John Flannery)

Pada masa ini, pilihan bagi pesakit sedemikian adalah terhad kepada implan mata elektronik yang disambungkan ke kamera video yang terletak pada sepasang gelas-persediaan yang janggal, invasif dan mahal yang menghasilkan imej pada retina yang bersamaan, pada masa ini, hingga beberapa ratus piksel. Penglihatan yang jelas dan biasa melibatkan berjuta-juta piksel.

Membetulkan kecacatan genetik yang bertanggungjawab terhadap kemerosotan retina tidak semestinya sama ada kerana terdapat lebih daripada 250 mutasi genetik yang berbeza yang bertanggungjawab untuk retinitis pigmentosa sahaja. Kira-kira 90 peratus membunuh sel-sel photoreceptor retina-rod, sensitif kepada cahaya malap, dan kon, untuk persepsi warna siang. Tetapi degenerasi retina biasanya menyembunyikan lapisan lain sel retina, termasuk sel-sel ganglion bipolar dan retina, yang boleh kekal sihat, walaupun tidak sensitif kepada cahaya, selama beberapa dekad selepas orang menjadi buta sepenuhnya.

Dalam ujian mereka pada tikus, para penyelidik berjaya membuat 90 peratus sel-sel ganglion sensitif cahaya.

Sistem yang mudah

Untuk membetulkan buta pada tikus ini, para penyelidik merancang virus yang disasarkan kepada sel-sel ganglion retina dan memuatkannya dengan gen untuk reseptor sensitif cahaya, opsin kon hijau (medium-panjang gelombang) hijau. Biasanya, hanya sel photoreceptor yang mengekspresikan opsin ini dan menjadikannya sensitif terhadap cahaya hijau-kuning. Apabila penyelidik menyuntikkannya ke dalam mata, virus itu membawa gen ke dalam sel-sel ganglion, yang biasanya tidak sensitif kepada cahaya, dan menjadikannya sensitif cahaya dan dapat menghantar isyarat ke otak yang ditafsirkan sebagai penglihatan.

"Untuk had yang kita boleh menguji tikus, anda tidak boleh memberitahu tingkah laku tikus optogenetically dari tikus normal tanpa peralatan khas," kata Flannery. "Ia masih dapat dilihat apa yang diterjemahkan dalam pesakit."

Pada tikus, para penyelidik menyampaikan opsin kepada kebanyakan sel ganglion di retina. Untuk merawat manusia, mereka perlu menyuntik lebih banyak zarah virus kerana mata manusia mengandungi ribuan kali lebih banyak sel ganglion daripada mata tikus. Tetapi pasukan telah membangunkan cara untuk meningkatkan penghantaran virus dan berharap untuk memasukkan sensor cahaya baru ke dalam peratusan sel ganglion yang sama tinggi, jumlah yang bersamaan dengan nombor piksel yang sangat tinggi dalam kamera.

Garis oren mengesan pergerakan tikus pada minit pertama selepas mereka menyelidik mereka ke dalam sangkar aneh. Tikus buta (atas) berhati-hati menjaga sudut dan sisi, manakala tikus (tengah) yang dirawat meneroka sangkar hampir seperti tikus yang biasa dilihat (bawah). (Kredit: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff dan Flannery mengalami pembaikan mudah selepas lebih daripada satu dekad mencuba skema yang lebih rumit, termasuk memasukkan ke dalam sel-sel retina yang masih hidup dari reseptor neurotransmiter yang diangkut secara genetik dan suis kimia sensitif cahaya. Ini bekerja, tetapi tidak mencapai sensitiviti penglihatan normal. Opsin dari mikroba yang diuji di tempat lain juga mempunyai kepekaan yang lebih rendah, yang memerlukan penggunaan goggle penguat cahaya.

Untuk menangkap sensitiviti tinggi penglihatan semulajadi, penyelidik berpaling kepada opsin reseptor cahaya sel photoreceptor. Menggunakan virus yang berkaitan dengan aden yang secara semulajadi menjangkiti sel ganglion, mereka berjaya menyampaikan gen untuk retin opsin ke dalam genom sel ganglion. Tikus yang sebelumnya buta memperoleh penglihatan yang berlangsung seumur hidup.

"Bahawa sistem ini berfungsi benar-benar, sangat memuaskan, sebahagiannya kerana ia juga sangat mudah," kata Isacoff. "Ironinya, anda boleh melakukan 20 tahun lalu."

Para penyelidik mengumpul dana untuk mengambil terapi gen ke dalam percubaan manusia dalam tempoh tiga tahun. Sistem penyampaian AAV yang sama telah diluluskan oleh FDA untuk penyakit mata pada orang yang mengalami keadaan retina degeneratif dan yang tidak mempunyai alternatif perubatan.

Menentang kemungkinan

Menurut Flannery dan Isacoff, kebanyakan orang dalam bidang penglihatan akan mempersoalkan sama ada opsin boleh bekerja di luar rod khusus dan sel photoreceptor. Permukaan photoreceptor dihiasi dengan opsin-rhodopsin dalam rod dan opsin berwarna merah, hijau dan biru dalam kerucut-tertanam dalam mesin molekul rumit. Relay molekul-protein G-protein yang digabungkan dengan litar isyarat pengimbas-menguatkan isyarat dengan begitu berkesan bahawa kita dapat mengesan foton tunggal cahaya.

Sistem enzim mengecewakan opsin sebaik sahaja ia mengesan foton dan menjadi "diluntur." Peraturan maklum balas menyesuaikan sistem dengan latar belakang latar belakang yang sangat berbeza. Dan saluran ion khusus menghasilkan isyarat voltan yang kuat. Tanpa pemindahan keseluruhan sistem ini, adalah munasabah untuk mengesyaki bahawa opsin tidak akan berfungsi.

Dalam retina biasa, photoreceptors - rod (blue) dan cones (green) - mengesan isyarat cahaya dan relay ke lapisan lain mata, berakhir di sel ganglion (ungu), yang bercakap terus ke pusat penglihatan otak. (Kredit: UC Berkeley)

Tetapi Isacoff, yang pakar dalam reseptor protein G di dalam sistem saraf, tahu bahawa banyak bahagian ini wujud dalam semua sel. Dia mengesyaki bahawa opsin secara automatik akan menyambung ke sistem isyarat sel-sel ganglion retina. Bersama-sama, dia dan Flannery pada mulanya mencuba rhodopsin, yang lebih sensitif terhadap cahaya daripada opsin kon.

Untuk kegembiraan mereka, apabila mereka memperkenalkan rhodopsin ke dalam sel-sel ganglion tikus yang rod dan kerucutnya telah sepenuhnya merosot, dan yang kemudian menjadi buta, haiwan itu kembali keupayaan untuk memberitahu gelap dari cahaya bilik cahaya yang lemah. Tetapi rhodopsin ternyata terlalu lambat dan gagal dalam imej dan pengiktirafan objek.

Mereka kemudian cuba opsin kon hijau, yang bertindak balas 10 kali lebih cepat daripada rhodopsin. Hebatnya, tikus dapat membezakan selari dari garis mendatar, garis-garis yang dekat dengan jarak jauh (tugas ketajaman manusia yang standard), menggerakkan garis-garis berbanding garis pegun. Wawasan yang dipulihkan adalah sangat sensitif bahawa iPads boleh digunakan untuk memaparkan visual dan bukannya lebih banyak cahaya LED.

"Ini dengan kuat membawa mesej ke rumah," kata Isacoff. "Lagipun, betapa indahnya bagi orang buta untuk mendapatkan semula kemampuan untuk membaca monitor komputer standard, berkomunikasi dengan video, menonton filem."

Kejayaan ini menjadikan Isacoff dan Flannery ingin pergi lebih jauh dan mengetahui sama ada haiwan boleh menavigasi di dunia dengan penglihatan yang dipulihkan. Terutamanya, di sini juga, opsin kon hijau berjaya. Tikus yang telah buta kembali keupayaan mereka untuk melakukan salah satu tingkah laku mereka yang paling alami: mengiktiraf dan meneroka objek tiga dimensi.

Mereka kemudian bertanya, "Apa yang akan berlaku jika seseorang yang mempunyai visi dipulihkan pergi ke luar ke cahaya yang lebih cerah? Adakah mereka dibutakan oleh cahaya? "Di sini, satu lagi ciri yang menarik dari sistem itu muncul, Isacoff berkata: Laluan hijau opsin konvensional menyesuaikan diri. Binatang yang sebelumnya buta diselaraskan dengan perubahan kecerahan dan boleh melakukan tugas itu serta haiwan yang berpandangan. Penyesuaian ini bekerja di atas seribu kira-kira seribu kali ganda-perbezaannya, pada asasnya, antara pencahayaan dalaman dan luaran yang rata-rata.

"Apabila semua orang mengatakan ia tidak akan berfungsi dan anda gila, biasanya itu bermakna anda ada sesuatu," kata Flannery. Sesungguhnya, sesuatu yang merupakan pemulihan pertama yang berjaya dalam penglihatan berpola menggunakan skrin komputer LCD, yang pertama menyesuaikan diri dengan perubahan dalam cahaya ambien, dan yang pertama untuk memulihkan penglihatan objek semula jadi.

Penyelidikan ini muncul di Alam Komunikasi. Pasukan kini sedang menguji variasi kerja pada tema yang dapat memulihkan visi warna dan meningkatkan lagi ketajaman dan adaptasi. Institut Mata Nasional Institut Kesihatan Nasional, Pusat Pembangunan Nanomedicine untuk Kawalan Optik Fungsi Biologi, Yayasan untuk Membanteras Kebutaan, Hope for Vision Foundation, dan Institut Penyelidikan Perubatan Lowy menyokong penyelidikan.

sumber: UC Berkeley

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon