Forskere satte inn et gen for en grønn-lysreseptor i blinde muses øyne, og en måned senere navigerte musene rundt hindringer like enkelt som de uten synsproblemer.

Musene kan se bevegelse, lysstyrken endres over tusenfolds rekkevidde, og fine detaljer på en iPad som er tilstrekkelig til å skille mellom bokstaver.

Forskerne sier at innen tre år, genterapi - som de leverte via et inaktivt virus - kunne gå til testing hos mennesker som har mistet synet på grunn av retinal degenerasjon, ideelt sett gir dem nok visjon til å bevege seg og potensielt gjenopprette deres evne til å lese eller se på en video.

"Du ville injisere dette viruset i en persons øye, og et par måneder senere ville de se noe," sier Ehud Isacoff, professor i molekylær- og cellebiologi ved University of California, Berkeley, og direktør for Helen Wills Nevrovitenskapsinstituttet.

"... hvor fantastisk det ville være for blinde å gjenvinne evnen til å lese en vanlig dataskjerm, kommunisere med video, se en film."

"Med neurodegenerative sykdommer i netthinnen, er det ofte alle mennesker som prøver å gjøre, å stoppe eller sakte videre degenerasjon. Men noe som gjenoppretter et bilde om noen måneder - det er en fantastisk ting å tenke på. "

Omtrent 170 millioner mennesker over hele verden lever med aldersrelatert makuladegenerasjon, som rammer en i 10-personer over 55-alderen, mens 1.7 millioner mennesker over hele verden har den vanligste formen for arvelig blindhet, retinitis pigmentosa, som vanligvis etterlater folk blinde etter alderen av 40.

"Jeg har venner uten lysoppfattelse, og deres livsstil er hjerteskærende," sier John Flannery, professor i molekylær- og cellebiologi som er på fakultetet for optometri.

"De må vurdere hva seende mennesker tar for gitt. For eksempel, hver gang de går til et hotell, er hvert romoppsett litt annerledes, og de trenger noen til å gå dem rundt i rommet mens de bygger et 3D-kart i hodet. Daglige gjenstander, som et lavt salongbord, kan være en fallende fare. Sykdommens byrde er enorm blant mennesker med alvorlig, invaliderende synstap, og de kan være de første kandidatene for denne typen terapi. "

Den nye terapien innebærer å injisere inaktiverte virus inn i glassplaten for å bære et gen direkte i ganglionceller. Tidligere versjoner av viral terapi krevde injisering av virusene under netthinnen (bunnen). (Kreditt: John Flannery)

For tiden er valg for slike pasienter begrenset til et elektronisk øyeimplantat heklet til et videokamera som sitter på et par briller - en plagsom, invasiv og kostbar oppsett som gir et bilde på netthinnen som er ekvivalent, for øyeblikket til noen få hundre piksler. Normal, skarp syn innebærer millioner av piksler.

Korrigere den genetiske defekten som er ansvarlig for retinal degenerasjon, er heller ikke rettferdig heller, fordi det er flere enn 250 forskjellige genetiske mutasjoner som er ansvarlige for retinitis pigmentosa alene. Om 90 prosent av disse dreper retinaens fotoreceptorceller - stengene, følsomme for svakt lys og konene, for dagslysfargeoppfattelse. Men retinal degenerasjon sparer vanligvis andre lag av retinale celler, inkludert bipolar og retinal ganglion celler, som kan forbli sunn, men ufølsom for lys, i flere tiår etter at folk blir helt blind.

I deres studier i mus lyktes forskerne å gjøre 90 prosent av ganglionceller lysfølsomme.

Et enkelt system

For å reversere blindhet i disse musene, utviklet forskerne et virus rettet mot retinale ganglionceller og lastet det med genet for en lysfølsom reseptor, den grønne (medium-bølgelengde) kegle-opsinen. Normalt uttrykker kun keglefotoreceptorceller dette opsin og det gjør dem følsomme for grønn-gul lys. Når forskerne injiserte det i øyet, førte viruset genet inn i ganglionceller, som vanligvis er ufølsomme overfor lys, og gjort dem lysfølsomme og i stand til å sende signaler til hjernen som det tolket som syn.

"I motsetning til at vi kan teste musene, kan du ikke fortelle de optogenetisk behandlede musens adferd fra de normale musene uten spesialutstyr, sier Flannery. "Det gjenstår å se hva som oversettes til hos en pasient."

I mus leverte forskerne opinuene til de fleste ganglioncellene i netthinnen. For å behandle mennesker, vil de trenge å injisere mange flere viruspartikler fordi det menneskelige øyet inneholder tusenvis av ganger flere ganglionceller enn musøyet. Men laget har utviklet midler for å forbedre viral levering og håper å sette inn den nye lyssensoren i en tilsvarende høy prosentandel av ganglionceller, en mengde som tilsvarer de meget høye pikselnumrene i et kamera.

De oransje linjene sporer bevegelsen av mus i løpet av første minuttet etter at forskerne la dem inn i et merkelig bur. Blinde mus (topp) holder forsiktig til hjørnene og sidene, mens behandlede mus (midten) utforsker buret nesten like mye som normalsynte mus (nederst). (Kreditt: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff og Flannery kom på den enkle løsningen etter mer enn et tiår med å prøve mer kompliserte ordninger, inkludert innsetting i overlevende retinale celler kombinasjoner av genetisk utviklede nevrotransmitterreseptorer og lysfølsomme kjemiske brytere. Disse arbeidet, men oppnådde ikke følsomheten til normal syn. Opsins fra mikrober som ble testet andre steder, hadde også lavere følsomhet, som krever bruk av lysforsterkende beskyttelsesbriller.

For å fange den høye følsomheten til naturlig visjon, vendte forskerne seg til lysreseptoren opsins av fotoreceptorceller. Ved å bruke et adenoassosiert virus som naturlig infiserer ganglionceller, ga de med suksess genet til en retinal opsin i genomet av ganglionceller. De tidligere blinde musene oppnådde visjon som varte en levetid.

"At dette systemet fungerer, er virkelig, virkelig tilfredsstillende, delvis fordi det også er veldig enkelt," sier Isacoff. "Ironisk nok, du kunne ha gjort dette 20 år siden."

Forskerne øker midler til å ta genterapien til et menneskeforsøk innen tre år. Lignende AAV-leveransesystemer er godkjent av FDA for øyesykdommer hos mennesker med degenerative retinale forhold og som ikke har medisinsk alternativ.

Defying oddsene

Ifølge Flannery og Isacoff vil de fleste i synsfeltet spørre om opsins kunne fungere utenfor deres spesialiserte stang- og kegelfotoreceptorceller. Overflaten på en fotoreceptor er dekorert med opsins-rhodopsin i stenger og rød, grønn og blå opsins i kegler innebygd i en komplisert molekylær maskin. Et molekylært relé - G-proteinkoblet reseptorsignaleringskaskade forsterker signalet så effektivt at vi kan detektere enkeltfotoner av lys.

Et enzymsystem opplaster opsien når det oppdager fotonen og blir "bleket." Tilbakemeldingskrav tilpasser systemet til svært forskjellige bakgrunnslysstyrker. Og en spesialisert ionkanal genererer et kraftig spenningssignal. Uten å transplantere hele systemet, var det rimelig å mistenke at opsin ikke ville fungere.

I en normal retina, fotoreceptorer - stenger (blå) og kegler (grønn) - oppdager lys og relé signaler til andre lag i øyet, og slutter i ganglion celler (lilla), som snakker direkte til hjernens visjonssenter. (Kreditt: UC Berkeley)

Men Isacoff, som spesialiserer seg på G-proteinkoblede reseptorer i nervesystemet, visste at mange av disse delene eksisterer i alle celler. Han mistenkte at en opsin automatisk ville koble seg til signalsystemet til retinale ganglionceller. Sammen prøvde han og Flannery i utgangspunktet rhodopsin, som er mer følsom overfor lys enn kegleopianer.

Til deres glede, da de introduserte rhodopsin i ganglionceller av mus, hvis stenger og kegler hadde fullstendig degenerert, og som følgelig var blinde, gjenviste dyrene muligheten til å fortelle mørk fra lysjevnt, svakt romlys. Men rhodopsin viste seg å være for sakte og mislyktes i bilde- og objektgjenkjenning.

De prøvde deretter den grønne konus opsinen, som reagerte 10 ganger raskere enn rhodopsin. Bemerkelsesverdig var musene i stand til å skille parallell fra horisontale linjer, linjer med tett avstand versus vidt spredt (en standard menneskeskjønnhetsoppgave), bevegelige linjer versus stasjonære linjer. Den restaurerte visjonen var så følsom at iPads kunne brukes til visuelle skjermer i stedet for mye lysere lysdioder.

"Dette brakte budskapet hjem," sier Isacoff. "Tross alt, hvor flott det ville være for blinde å gjenvinne evnen til å lese en vanlig dataskjerm, kommunisere med video, se en film."

Disse suksessene gjorde at Isacoff og Flannery ønsket å gå et skritt lenger og finne ut om dyrene kunne navigere i verden med restaurert syn. Påfallende, her var også den grønne kegleoppsangen en suksess. Mus som hadde vært blind gjenvunnet sin evne til å utføre en av deres mest naturlige oppførsel: å gjenkjenne og utforske tredimensjonale objekter.

De spurte deretter spørsmålet: "Hva ville skje hvis en person med restaurert syn gikk utendørs til lysere lys? Ville de bli blindet av lyset? "Her oppstod en annen slående funksjon av systemet, sier Isacoff: Den grønne kegle-signaliseringsbanen tilpasser seg. Dyr tidligere blinde justert til lysstyrkeendringen og kunne utføre oppgaven like godt som synet dyr. Denne tilpasningen virket over en rekkevidde på omtrent tusenfold - forskjellen, hovedsakelig mellom gjennomsnittlig innendørs og utendørs belysning.

"Når alle sier at det aldri vil fungere, og at du er gal, betyr det vanligvis at du er på noe," sier Flannery. Faktisk er det noe som tilsvarer den første vellykkede restaureringen av mønstret syn ved hjelp av en LCD-skjerm, den første til å tilpasse seg endringer i omgivende lys, og den første til å gjenopprette naturlig objektvisjon.

Forskningen vises i Nature Communications. Laget er nå på jobb med testing av variasjoner på temaet som kunne gjenopprette fargesyn og ytterligere øke skarphet og tilpasning. National Institute of Health, Nanomedicine Development Center for Optical Control of Biological Function, Foundation for Fighting Blindness, Hope for Vision Foundation og Lowy Medical Research Institute støttet forskningen.

kilde: UC Berkeley

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon