Tutkijat insertoivat sokean hiiren silmiin vihreän valon reseptorin geenin ja kuukauden kuluttua hiiret liikkuivat esteiden läpi niin helposti kuin ne, joilla ei ollut näköongelmia.

Hiiret näkivät liikkeen, kirkkauden muutokset tuhatkymmentä vaihtelualueella ja hienot yksityiskohdat iPadissa, jotka riittävät erottamaan kirjaimet.

Tutkijat sanovat, että niinkin vähän kuin kolme vuotta, geeniterapia, jota he toimittivat inaktiivisen viruksen kautta, voisi mennä testaukseen ihmisillä, jotka ovat menettäneet silmänsä verkkokalvon rappeutumisen takia, mikä antaa heille optimaalisen näkemyksen liikkua ja mahdollisesti palauttaa niiden kyky lukea tai katsoa videota.

”Sinun olisi pistettävä tämä virus ihmisen silmään, ja pari kuukautta myöhemmin he näkisivät jotain”, sanoo Ehud Isacoff, Kalifornian yliopiston molekyyli- ja solubiologian professori Berkeley, ja Helen Willsin johtaja Neurotieteen laitos.

”… Kuinka ihmeellistä olisi, että sokeat saisivat takaisin kyvyn lukea normaalia tietokoneen näyttöä, kommunikoida videon avulla, katsoa elokuvaa.”

”Verkkokalvon neurodegeneratiivisilla sairauksilla usein kaikki yrittävät tehdä, on pysäyttää tai hidastaa edelleen rappeutumista. Mutta jotain, joka palauttaa kuvan muutaman kuukauden kuluttua - on hämmästyttävää ajatella.

Noin 170 miljoonaa ihmistä maailmassa elää ikään liittyvällä makulan rappeutumisella, joka iskee 10in yli 55-ikäisillä ihmisillä, kun taas 1.7 miljoonaa ihmistä maailmassa on yleisin perinnöllinen sokeus, retinitis pigmentosa, joka yleensä jättää ihmiset sokeasti iän mukaan 40.

"Minulla on ystäviä, joilla ei ole valonhahmottelua, ja heidän elämäntapa on sydämenvaimennus", sanoo John Flannery, molekyyli- ja solubiologian professori, joka on optometriaopiston tiedekunnassa.

”Heidän on pohdittava, mitä näkeviä ihmisiä pidetään itsestäänselvyytenä. Esimerkiksi joka kerta, kun ne menevät hotelliin, jokainen huoneiden ulkoasu on hieman erilainen, ja he tarvitsevat jonkun kävelemään heitä huoneen ympärillä, kun he rakentavat 3D-kartan päähänsä. Jokapäiväiset esineet, kuten matala sohvapöytä, voivat olla vaarallisia. Taudin taakka on valtava ihmisten keskuudessa, joilla on vakava näkövamma, ja he voivat olla ensimmäisiä ehdokkaita tällaiselle hoidolle. "

Uusi hoito sisältää inaktivoitujen virusten injektoinnin lasiaiseen geenin kuljettamiseen suoraan ganglionisoluihin. Aikaisemmat viruksen hoitomenetelmät edellyttivät virusten pistämistä verkkokalvon alle (pohja). (Luotto: John Flannery)

Tällä hetkellä tällaisten potilaiden vaihtoehdot rajoittuvat sähköiseen silmäimplanttiin, joka on kiinnitetty videokameraan, joka istuu lasiparin päällä - hankala, invasiivinen ja kallis asennus, joka tuottaa kuvan verkkokalvolle, joka on tällä hetkellä vastaava kuin muutama sata pikseliä. Normaali, terävä visio sisältää miljoonia pikseleitä.

Myös verkkokalvon rappeutumisesta johtuvan geneettisen vian korjaaminen ei ole suoraviivaista, koska on olemassa enemmän kuin 250in erilaisia ​​geneettisiä mutaatioita, jotka ovat vastuussa pigmentaalisesta retinitista yksin. Noin 90: n prosenttiosuus näistä tappaa verkkokalvon fotoreseptorisolut - tangot, jotka ovat herkkiä hämärälle valolle, ja kartiot, päivänvalon värin havaitsemiseksi. Mutta verkkokalvon rappeutuminen säästää tyypillisesti muita verkkokalvon solujen kerroksia, mukaan lukien kaksisuuntainen ja verkkokalvon ganglionisolut, jotka voivat pysyä terveinä, vaikkei heille ole herkkiä valolle, vuosikymmeniä sen jälkeen, kun ihmiset ovat täysin sokeita.

Tutkimuksissa hiirillä tutkijat onnistuivat tekemään 90-prosenttiosuuden ganglionisoluista valoherkiksi.

Yksinkertainen järjestelmä

Näiden hiirien sokeuden kääntämiseksi tutkijat suunnittelivat viruksen, joka oli suunnattu verkkokalvon ganglionisoluihin ja ladannut sen valoherkän reseptorin geenin, vihreän (keskipitkän aallonpituuden) kartion opsinin. Normaalisti vain kartion fotoreseptorisolut ilmaisevat tämän opsinin, ja se tekee niistä herkkiä vihreälle keltaiselle valolle. Kun tutkijat pistivät sen silmään, virus kantoi geenin ganglionisoluihin, jotka ovat normaalisti epäherkkiä valolle, ja teki niistä valoherkät ja kykenevät lähettämään signaaleja aivoille, joita se tulkitsi näkymäksi.

"Niille rajoituksille, joita voimme testata hiirillä, et voi kertoa optogeenisesti käsitellyille hiirille käyttäytymistä normaaleista hiiristä ilman erikoisvarusteita", Flannery sanoo. "On vielä nähtävissä, mitä tämä tarkoittaa potilaalla."

Hiirissä tutkijat toimittivat opsiinit useimmille verkkokalvon ganglionisoluille. Ihmisten hoitoon heidän olisi pistettävä paljon enemmän viruspartikkeleita, koska ihmisen silmä sisältää tuhansia kertoja enemmän ganglionisoluja kuin hiiren silmällä. Joukkue on kuitenkin kehittänyt keinoja viruksen antamisen tehostamiseksi ja toivoo, että uusi valoanturi sijoitetaan samankaltaiseen suureen prosenttiosuuteen ganglionisoluja, mikä vastaa kameran erittäin suuria pikselilukuja.

Oranssi viivat seurata hiirien liikettä ensimmäisellä minuutilla sen jälkeen, kun tutkijat panivat ne outoon häkkiin. Blind-hiiret (ylhäältä) pitävät varovasti kulmiin ja sivuihin, kun taas käsitellyt hiiret (keskellä) tutkivat häkkiä lähes yhtä paljon kuin normaalisti havaitut hiiret (pohja). (Luotto: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff ja Flannery tulivat yksinkertaisen korjauksen jälkeen yli vuosikymmenen ajan kokeilemaan monimutkaisempia järjestelmiä, mukaan lukien geneettisesti muokattujen neurotransmitterireseptorien ja valoherkkien kemiallisten kytkinten yhdistäminen eloonjääneisiin verkkokalvon soluihin. Nämä toimivat, mutta eivät saavuttaneet normaalin vision herkkyyttä. Muualla testattujen mikrobien opsiinien herkkyys oli myös vähäisempi, mikä vaati valoa vahvistavien suojalasien käyttöä.

Luonnonäkyvyyden korkean herkkyyden vangitsemiseksi tutkijat kääntyivät valoseptorisolujen valon reseptorin opsiinien puoleen. Käyttämällä adeno-assosioitunutta virusta, joka luonnollisesti tarttuu ganglionisoluihin, ne toimittivat onnistuneesti geenin verkkokalvon opsiinille ganglionisolujen genomiin. Aikaisemmin sokeat hiiret saivat näkemyksen, joka kesti eliniän.

”Tämä järjestelmä toimii todella, todella tyydyttävästi, osittain siksi, että se on myös hyvin yksinkertainen”, Isacoff sanoo. "Ironista kyllä, olisit voinut tehdä tämän 20in vuosia sitten."

Tutkijat keräävät varoja ottamaan geeniterapian ihmiskokeeseen kolmen vuoden kuluessa. FDA on hyväksynyt samankaltaiset AAV-jakelujärjestelmät silmäsairauksiin ihmisillä, joilla on degeneratiiviset verkkokalvon sairaudet ja joilla ei ole lääketieteellistä vaihtoehtoa.

Kertoimet

Flanneryn ja Isacoffin mukaan useimmat näkymäkentän ihmiset kysyisivät, voisiko opsinit työskennellä erikoisvarren ja kartion fotoreseptorisolujensa ulkopuolella. Fotoreceptorin pinta on koristeltu opsineillä - rodopsiinin sauvilla ja punaisilla, vihreillä ja sinisillä opsineilla kartioissa, jotka on upotettu monimutkaiseen molekyylikoneeseen. Molekyylirele - G-proteiinikytketty reseptorisignaalikaskadi - vahvistaa signaalia niin tehokkaasti, että pystymme havaitsemaan yksittäiset valon fotonit.

Entsyymisysteemi lataa opsinin, kun se havaitsee fotonin ja muuttuu ”valkaistuksi”. Ja erikoistunut ionikanava luo voimakkaan jännitesignaalin. Siirtämättä tätä koko järjestelmää oli järkevää epäillä, ettei opsiini toimi.

Normaalissa verkkokalvossa fotoretseptorit - sauvat (sininen) ja kartiot (vihreä) - havaitsevat valon ja välittävät signaalit muille silmäkerroksille, jotka päättyvät ganglionisoluihin (violetti), jotka puhuvat suoraan aivojen näkökeskukseen. (Luotto: UC Berkeley)

Mutta hermoston G-proteiiniin kytkeytyneisiin reseptoreihin erikoistunut Isacoff tiesi, että monet näistä osista ovat kaikissa soluissa. Hän epäili, että opsiini muodostaa automaattisesti yhteyden verkkokalvon ganglionisolujen signalointijärjestelmään. Yhdessä hän ja Flannery kokeivat alun perin rodopsiinia, joka on herkempi valolle kuin kartion opsins.

He nauttivat siitä, että kun he toivat rodopsiinia hiirten ganglionisoluihin, joiden sauvat ja kartiot olivat täysin rappeutuneet ja jotka näin ollen olivat sokeita, eläimet saivat kyvyn kertoa pimeältä valolta - jopa heikko huonevalo. Mutta rodopsiini osoittautui liian hidas ja epäonnistui kuvien ja objektien tunnistamisessa.

Sitten he yrittivät vihreää kartionopsia, joka vastasi 10-kertaa nopeammin kuin rodopsiinin. Huomattakoon, että hiiret pystyivät erottamaan yhdensuuntaiset linjat horisontaalisista viivoista, linjat, jotka olivat lähellä toisiaan ja jotka olivat laajalti välimatkan päässä (normaali ihmisen terävyys tehtävä), liikkuvat linjat ja kiinteät linjat. Palautettu visio oli niin herkkä, että iPadeja voidaan käyttää visuaalisten näyttöjen esittämiseen paljon kirkkaampien LEDien sijaan.

”Tämä toi voimakkaasti viestin kotiin”, Isacoff sanoo. ”Kuinka ihmeellistä olisi, että sokeat ihmiset saavat takaisin kyvyn lukea normaalia tietokoneen näyttöä, kommunikoida videon avulla, katsoa elokuvaa.”

Nämä onnistumiset tekivät Isacoffin ja Flanneryn haluavan mennä askeleen pidemmälle ja selvittää, voisiko eläimet liikkua maailmassa palautetulla näkemyksellä. Myös tässä vihreän kartion opsin oli totta. Sokeat, jotka olivat sokeita, saivat takaisin kykynsä suorittaa yhden luonnollisimmista käyttäytymisistään: kolmiulotteisten esineiden tunnistaminen ja tutkiminen.

Sitten he kysyivät: ”Mitä tapahtuisi, jos henkilö, jolla on palautettu visio, meni ulkona kirkkaampaan valoon? Valaisivatko he sokeutuneen? ”Tässä eräs toinen silmiinpistävä piirre järjestelmästä syntyi, Isacoff sanoo: Vihreä kartion opsin signalointireitti sopeutuu. Eläimet, jotka olivat aiemmin sokeita, mukautuivat kirkkauden muutoksiin ja voisivat suorittaa tehtävän yhtä hyvin kuin näkyneet eläimet. Tämä sopeutuminen toimi noin tuhannen kertaisesti - ero sisä- ja ulkovalaistuksen keskiarvon välillä.

”Kun kaikki sanovat, että se ei koskaan toimi ja että olet hullu, se tarkoittaa yleensä, että olet jotain,” Flannery sanoo. Todellakin, että jotakin on ensimmäinen onnistunut kuvioidun vision palauttaminen LCD-tietokoneen näytöllä, joka on ensimmäinen, joka sopeutuu ympäröivän valon muutoksiin, ja ensimmäinen palauttaa luonnollisen visio.

Tutkimus näkyy Luonto Viestintä. Tiimi on nyt töissä testaamassa teeman muunnelmia, jotka voisivat palauttaa värinäkyvyyden ja lisätä entisestään terävyyttä ja sopeutumista. Tutkimusta tukivat Kansallisten terveyslaitosten kansallinen silmäinstituutti, biologisen toiminnan optisen valvonnan Nanomedicin kehittämiskeskus, sokeuden torjuntaa koskeva säätiö, Hope for Vision -säätiö ja Lowy Medical Research Institute.

Lähde: UC Berkeley

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon