A tudósok beillesztették a vak fényű egerek szemébe a zöld fény receptor génjét, és egy hónappal később az egerek ugyanolyan könnyedén haladtak az akadályok körül, mint azok, akiknek nincsenek látási problémáik.

Az egerek látták a mozgást, a fényerő ezerszeres tartományban történő változását és a finom részletességet egy iPad-en, amelyek elegendőek a betűk megkülönböztetéséhez.

A kutatók szerint akár három éven belül a génterápia - amelyet inaktív vírus útján hajtottak végre - olyan emberek tesztelésére is alkalmas lehet, akik a retina degenerációja miatt elvesztették látásukat, ideális esetben elegendő látást biztosítva a mozgáshoz és a potenciális helyreállításhoz képesek olvasni vagy videót nézni.

"Fecskendezné ezt a vírust az ember szemébe, és pár hónappal később látnának valamit" - mondja Ehud Isacoff, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem molekuláris és sejtbiológia professzora, a Helen Wills igazgatója. Idegtudományi Intézet.

"... milyen csodálatos lenne, ha a vak emberek visszanyernék a képességet, hogy elolvassák a szokásos számítógép-monitort, videofelvétel útján kommunikáljanak, filmet nézzenek."

„A retina neurodegeneratív betegségei esetén gyakran minden ember megpróbálja megállítani vagy lassítani a további degenerációt. De valami, ami néhány hónap alatt helyreállítja a képet - elképesztő dolog ezen gondolkodni. ”

Világszerte körülbelül 170 millió ember él az életkorral összefüggő makula degenerációval, amely minden 10. életévét betöltött embert sújt, míg világszerte 55 millió embernél fordul elő az öröklődő vakság leggyakoribb formája, a retinitis pigmentosa, amely általában az ember életkorát elvakítja. 1.7-ből.

"Vannak barátaim, akiknek nincs fényérzékelésük, és életmódjuk szívszorító." - mondja John Flannery, a molekuláris és sejtbiológia professzora, aki az Optometriai Iskola karán dolgozik.

„Meg kell fontolniuk, hogy a látó emberek mit vesznek természetesnek. Például minden alkalommal, amikor szállodába mennek, minden szoba elrendezése kicsit más, és szükség van valakire, aki körbejárja őket a szobában, miközben 3D-s térképet építenek a fejükben. A mindennapi tárgyak, mint például az alacsony dohányzóasztal, zuhanásveszélyt jelenthetnek. A betegség terhe óriási a súlyos, mozgássérült látásvesztésben szenvedők körében, és ők lehetnek az első jelöltek az ilyen jellegű terápiára. "

Az új terápia során inaktivált vírusokat injektálnak az üvegtestbe, hogy egy gént közvetlenül a ganglion sejtekbe vigyenek. A vírusterápia korábbi változatai megkövetelték a vírusok injektálását a retina alá (alul). (Hitel: John Flannery)

Jelenleg az ilyen betegek lehetőségei csak egy szemüvegre ülő videokamerához csatlakoztatott elektronikus szemimplantátumra korlátozódnak - ez egy kínos, invazív és drága beállítás, amely a retinán olyan képet hoz létre, amely jelenleg pár száznak felel meg pixel. A normál, éles látás több millió pixelt tartalmaz.

A retina degenerációjáért felelős genetikai hiba kijavítása azért sem egyszerű, mert csak a retinitis pigmentosa miatt több mint 250 különböző genetikai mutáció felelős. Ezeknek körülbelül 90 százaléka elpusztítja a retina fotoreceptor sejtjeit - a fényre érzékeny rudak és a kúpok a nappali fény érzékeléséhez. De a retina degenerációja általában megkíméli a retina sejtjeinek más rétegeit, beleértve a bipoláris és a retina ganglion sejteket, amelyek egészségesek maradhatnak, bár érzéketlenek a fényre, évtizedekig, miután az emberek teljesen megvakultak.

Egereken végzett kísérleteik során a kutatóknak sikerült elérniük, hogy a ganglionsejtek 90 százaléka fényérzékeny legyen.

Egyszerű rendszer

Az egerek vakságának visszaszorítására a kutatók a retina ganglionsejtjeire irányuló vírust terveztek, és feltöltötték egy fényérzékeny receptor génjével, a zöld (közepes hullámhosszúságú) kúpos opszinnal. Normális esetben csak a kúp fotoreceptor sejtek expresszálják ezt az opszint, és ez érzékennyé teszi őket zöld-sárga fényre. Amikor a kutatók a szembe fecskendezték, a vírus a gént a ganglion sejtekbe vitte, amelyek általában érzéketlenek a fényre, és fényérzékenyekké tették őket, és képesek voltak jeleket küldeni az agynak, amelyeket látásként értelmezett.

"Az egerek tesztelésének határáig nem mondhatjuk el az optogenetikusan kezelt egerek viselkedését a normál egerektől speciális felszerelés nélkül" - mondja Flannery. "Még várat magára, hogy ez mit jelent a páciensnél."

Egerekben a kutatók az opinokat a retina ganglionsejtjeinek nagy részéhez juttatták el. Az emberek kezeléséhez sokkal több vírusrészecskét kell beadniuk, mert az emberi szem ezerszer több ganglion sejtet tartalmaz, mint az egér szeme. De a csapat kifejlesztette a vírusellátás fokozásának eszközeit, és reméli, hogy az új fényérzékelőt a ganglionsejtek hasonlóan magas százalékába illesztik be, ami megegyezik a kamera nagyon magas pixelszámával.

A narancssárga vonalak követik az egerek mozgását az első percben, miután kutatók furcsa ketrecbe tették őket. A vak egerek (felül) óvatosan tartják a sarkokat és oldalakat, míg a kezelt egerek (középen) majdnem ugyanúgy fedezik fel a ketrecet, mint a normál látású egerek (alul). (Hitel: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff és Flannery több mint egy évtizedes bonyolultabb sémák kipróbálása után jött az egyszerű javításra, ideértve a géntechnológiával módosított neurotranszmitter receptorok és a fényérzékeny kémiai kapcsolók kombinációinak beillesztését a túlélő retina sejtekbe. Ezek működtek, de nem érték el a normál látás érzékenységét. A másutt tesztelt mikrobák opszinjainak érzékenysége is alacsonyabb volt, ezért fényerősítő védőszemüveg használatát igényelték.

A természetes látás nagy érzékenységének megragadása érdekében a kutatók a fotoreceptor sejtek fényreceptor-opinjai felé fordultak. A ganglion sejteket természetesen megfertőző adeno-asszociált vírus segítségével sikeresen bejuttatták a retina opszin génjét a ganglion sejtek genomjába. A korábban vak egerek egy életen át tartó látást szereztek.

"Az, hogy ez a rendszer működik, valóban nagyon-nagyon kielégítő, részben azért, mert ez is nagyon egyszerű" - mondja Isacoff. - Ironikus módon ezt 20 évvel ezelőtt megtehette volna.

A kutatók forrásokat gyűjtenek arra, hogy a génterápiát három éven belül emberi kísérletbe vegyék. Az ADA hasonló AAV-szállító rendszereket hagyott jóvá a degeneratív retina betegségben szenvedő emberek szembetegségeire, és nincs orvosi alternatívájuk.

Dacolva az esélyekkel

Flannery és Isacoff szerint a látómezőben a legtöbb ember megkérdőjelezi, hogy az opsinok működhetnek-e a speciális rúd- és kúpfotoreceptor sejtjeiken kívül. A fotoreceptor felületét opzinok díszítik - rodopszin rudakban, piros, zöld és kék opszinok kúpokban - bonyolult molekuláris gépbe ágyazva. Egy molekuláris relé - a G-fehérjéhez kapcsolt receptor jelátviteli kaszkád - olyan hatékonyan erősíti a jelet, hogy képesek vagyunk egyetlen fényfoton detektálására.

Egy enzimrendszer feltölti az opszint, amint észleli a fotont és „kifehéredik”. A visszacsatolás szabályozása a rendszert nagyon különböző háttérvilágításokhoz igazítja. És egy speciális ioncsatorna erős feszültségjelet generál. A teljes rendszer átültetése nélkül ésszerű volt feltételezni, hogy az opszin nem fog működni.

Egy normál retinában a fotoreceptorok - rudak (kék) és kúpok (zöld) - észlelik a fény és a jeltovábbító jeleket a szem más rétegeire, a ganglion sejtekben (lila) végződve, amelyek közvetlenül az agy látóközpontjához beszélnek. (Hitel: UC Berkeley)

De Isacoff, aki az idegrendszer G-fehérjéhez kapcsolt receptoraira szakosodott, tudta, hogy ezeknek a részeknek sok minden sejtben létezik. Gyanította, hogy egy opsin automatikusan csatlakozik a retina ganglion sejtjeinek jelzőrendszeréhez. Flannery-vel kezdetben együtt kipróbálták a rodopszint, amely érzékenyebb a fényre, mint a kúp opsinokra.

Örömükre, amikor rodopszint vezettek be azoknak az egereknek a ganglionsejtjeibe, amelyek rudai és kúpjai teljesen elfajultak, és akik ennek következtében vakok voltak, az állatok visszanyerték azt a képességet, hogy megkülönböztessék a sötétséget a fénytől - még a halvány szobafénytől is. De a rodopszin túl lassúnak bizonyult, és kép- és tárgyfelismerésben kudarcot vallott.

Ezután kipróbálták a zöld kúp opszint, amely tízszer gyorsabban reagált, mint a rodopszin. Figyelemre méltó, hogy az egerek meg tudták különböztetni a párhuzamosakat a vízszintes vonalaktól, a szorosan elosztott vonalakat a széles távolságban (normál emberi élességi feladat), a mozgó vonalakat az álló vonalaktól. A helyreállított látás olyan érzékeny volt, hogy a vizuális kijelzőkhöz az iPadeket lehetett használni sokkal fényesebb LED-ek helyett.

"Ez erőteljesen hazahozta az üzenetet" - mondja Isacoff. "Végül is milyen csodálatos lenne, ha a vak emberek visszanyernék a képességet, hogy elolvassák a szokásos számítógépes monitort, videofelvétel útján kommunikáljanak, filmet nézzenek."

Ezek a sikerek arra késztették Isacoffot és Flanneryt, hogy egy lépéssel messzebbre menjenek, és megtudják, vajon az állatok helyreállított látással navigálhatnak-e a világban. Feltűnő, hogy itt is a zöld kúp opsin volt a siker. A vakok egerei visszanyerték képességüket az egyik legtermészetesebb viselkedésükre: a háromdimenziós tárgyak felismerésére és feltárására.

Ezután feltették a kérdést: „Mi történne, ha egy helyreállított látással rendelkező ember a szabadba kerülne fényesebb fénybe? Elvakítaná őket a fény? Itt a rendszer egy másik feltűnő vonása jelent meg, Isacoff szerint: A zöld kúp opsin jelző út alkalmazkodik. A korábban vakon beállított állatok a fényerő változásához igazodtak, és ugyanúgy el tudták látni a feladatot, mint a látó állatok. Ez az adaptáció körülbelül ezerszeres tartományban működött - a különbség lényegében az átlagos beltéri és kültéri világítás között.

"Amikor mindenki azt mondja, hogy soha nem fog működni, és hogy őrült vagy, akkor ez általában azt jelenti, hogy valamihez tartasz" - mondja Flannery. Valóban, ez valami a mintás látás első sikeres helyreállítását jelenti egy LCD számítógép képernyőjén, az első alkalmazkodik a környezeti fény változásához, és az első a természetes objektum látásának helyreállításához.

A kutatás a Nature Communications. A csapat most dolgozik a téma variációin, amelyek helyreállíthatják a színlátást, és tovább növelhetik az élességet és az alkalmazkodást. Az Országos Egészségügyi Intézetek Országos Szemintézete, a Nanomedicina Fejlesztési Központ a Biológiai Funkciók Optikai Ellenőrzéséhez, a Vakság Elleni Alapítvány, a Hope for Vision Alapítvány és a Lowy Orvosi Kutatóintézet támogatta a kutatást.

Forrás: UC Berkeley

Kapcsolódó könyvek

at InnerSelf Market és Amazon