Ipinasok ng mga siyentipiko ang isang gene para sa isang green-light receptor sa mga mata ng bulag na mga daga at, pagkaraan ng isang buwan, ang mga daga ay naglalakbay sa paligid ng mga hadlang kasing dali ng mga walang mga problema sa paningin.

Ang mga daga ay maaaring makakita ng paggalaw, ang mga pagbabago ay may higit sa isang libong beses na hanay, at masarap na detalye sa isang iPad na sapat upang makilala ang mga titik.

Ang mga mananaliksik ay nagsasabi na, sa loob lamang ng tatlong taon, ang gene therapy-na inihatid nila sa pamamagitan ng di-aktibong virus-ay maaaring pumunta sa pagsubok sa mga tao na nawalan ng paningin dahil sa retinal degeneration, sa perpektong pagbibigay sa kanila ng sapat na paningin upang lumipat sa paligid at potensyal na ibalik ang kanilang kakayahang magbasa o manood ng isang video.

"Gusto mong ituro ang virus na ito sa mata ng isang tao at, pagkalipas ng ilang buwan, makikita nila ang isang bagay," sabi ni Ehud Isacoff, isang propesor ng molecular and cell biology sa University of California, Berkeley, at direktor ng Helen Wills Neuroscience Institute.

"... gaano kamangha-mangha para sa mga bulag na tao na mabawi ang kakayahang magbasa ng karaniwang monitor ng computer, makipag-usap sa pamamagitan ng video, manood ng isang pelikula."

"Sa neurodegenerative diseases ng retina, kadalasan ang lahat ng mga tao ay nagsisikap na gawin ay huminto o mabagal ang karagdagang pagkabulok. Ngunit isang bagay na nagpapanumbalik ng isang imahe sa loob ng ilang buwan-isang kahanga-hangang bagay na iniisip. "

Tungkol sa 170 milyong katao sa buong mundo na nakatira sa edad na may kaugnayan sa macular degeneration, na nag-aakma sa isa sa mga taong 10 sa edad na 55, habang ang 1.7 milyong tao sa buong mundo ay may pinakakaraniwang anyo ng minana na pagkabulag, retinitis pigmentosa, na kadalasang nag-iiwan ng mga taong bulag sa edad ng 40.

"Mayroon akong mga kaibigan na walang liwanag na pang-unawa, at ang kanilang pamumuhay ay napakasakit," sabi ni John Flannery, isang propesor ng molecular and cell biology na nasa School of Optometry faculty.

"Kinakailangan nilang isaalang-alang ang mga itinuturing na mga tao na hindi nabibigyan. Halimbawa, tuwing pupunta sila sa isang hotel, ang bawat layout ng kuwarto ay kaunti ang pagkakaiba, at kailangan nila ang isang tao na maglakad sa mga ito sa paligid ng silid habang sila ay nagtatayo ng 3D na mapa sa kanilang ulo. Ang mga araw-araw na bagay, tulad ng isang mababang mesa ng kape, ay maaaring maging isang bumabagsak na panganib. Ang pasanin ng sakit ay napakalaki sa mga taong may malubhang, hindi napapagod na pagkawala ng paningin, at maaaring sila ang unang kandidato para sa ganitong uri ng therapy. "

Ang bagong therapy ay nagsasangkot ng injecting inactivated virus sa vitreous upang dalhin ang isang gene nang direkta sa ganglion cells. Ang mga naunang bersyon ng viral therapy ay nangangailangan ng pag-inject ng mga virus sa ilalim ng retina (ibaba). (Credit: John Flannery)

Sa kasalukuyan, ang mga opsyon para sa naturang mga pasyente ay limitado sa isang electronic eye implant na nakabitin sa isang video camera na nakaupo sa isang pares ng baso-isang nakahihiya, invasive at mahal na setup na gumagawa ng isang imahe sa retina na katumbas, sa kasalukuyan, sa ilang daang pixels. Ang normal, matalas na pangitain ay nagsasangkot ng milyun-milyong pixel.

Ang pagwawasto sa genetic defect na responsable para sa retinal degeneration ay hindi tapat, alinman, dahil mayroong higit sa 250 iba't ibang genetic mutations na responsable para sa retinitis pigmentosa nag-iisa. Tungkol sa 90 porsiyento ng mga ito ang nagpapatay sa photoreceptor cells ng retina-ang mga baras, sensitibo sa madilim na liwanag, at mga cones, para sa pag-iisip ng kulay ng araw. Ngunit ang retinal degeneration ay kadalasang nagpapalaya sa iba pang mga layer ng mga retinal cell, kabilang ang bipolar at retinal ganglion cells, na maaaring manatiling malusog, bagaman walang pakialam sa liwanag, sa loob ng maraming dekada matapos maging bulag ang mga tao.

Sa kanilang mga pagsubok sa mga daga, nagtagumpay ang mga mananaliksik sa paggawa ng 90 na porsiyento ng mga cell ganglion na sensitibo sa ilaw.

Isang simpleng sistema

Upang baligtarin ang kabulagan sa mga mice na ito, ang mga mananaliksik ay nagdisenyo ng isang virus na naka-target sa retinal ganglion cells at ikinarga ito sa gene para sa isang light-sensitive receptor, ang green (medium-wavelength) cone opsin. Karaniwan, tanging ang mga cell photoreceptor ay nagpapahayag ng opsin na ito at ito ay ginagawang sensitibo sa berdeng dilaw na liwanag. Kapag sinaliksik ito ng mga mananaliksik sa mata, dinala ng virus ang gene sa mga selula ng ganglion, na karaniwan nang hindi sensitibo sa liwanag, at ginawa itong sensitibo sa liwanag at nagpapadala ng mga signal sa utak na binigyang-kahulugan nito bilang paningin.

"Sa mga limitasyon na maaari naming subukan ang mga daga, hindi mo masasabi ang pag-uugali ng mga mice na optogenetically mula sa normal na mga daga nang walang espesyal na kagamitan," sabi ni Flannery. "Ito ay nananatiling makikita kung ano ang isinasalin sa isang pasyente."

Sa mga daga, inihatid ng mga mananaliksik ang mga opsyon sa karamihan ng mga ganglion cell sa retina. Upang gamutin ang mga tao, kailangan nilang mag-imbak ng maraming mga particle ng virus dahil ang mata ng tao ay naglalaman ng libu-libong beses na higit na ganglion cell kaysa sa mata ng mouse. Subalit ang koponan ay bumuo ng mga paraan upang mapahusay ang paghahatid ng viral at inaasahan na ipasok ang bagong light sensor sa isang katulad na mataas na porsyento ng mga ganglion cells, isang halaga na katumbas ng napakataas na mga numero ng pixel sa isang kamera.

Sinusubaybayan ng mga orange line ang paggalaw ng mga daga sa unang minuto pagkatapos nilang ilagay ang mga ito sa isang kakaibang hawla. Mga bulag na mice (itaas) maingat na panatilihin sa mga sulok at gilid, habang ginagamot mice (gitna) galugarin ang hawla halos gaya ng normal na sighted mice (ibaba). (Credit: Ehud Isacoff / John Flannery)

Ang Isacoff at Flannery ay dumating sa simpleng pag-aayos pagkatapos ng higit sa isang dekada ng pagsisikap ng mas kumplikadong mga scheme, kabilang ang pagpasok sa mga nakaligtas na retinal cell na kumbinasyon ng mga genetically engineered neurotransmitter receptor at light-sensitive switch ng kemikal. Ang mga ito ay nagtrabaho, ngunit hindi nakamit ang sensitivity ng normal na pangitain. Ang mga opsin mula sa mga mikrobyo na nasubok sa ibang lugar ay may mas mababang sensitivity, na nangangailangan ng paggamit ng mga salaming nagpapalaki ng liwanag.

Upang makuha ang mataas na sensitivity ng natural na paningin, ang mga mananaliksik ay nakabukas sa mga opeptang ilaw na receptor ng mga selulang photoreceptor. Gamit ang isang adeno-kaugnay na virus na natural na infects mga cell ganglion, matagumpay silang naihatid ang gene para sa isang retinal opsin sa genome ng ganglion cells. Ang dating bulag na mga mata ay nakakuha ng pangitain na tumagal ng isang buhay.

"Na gumagana ang system na ito ay talagang, talagang kasiya-siya, sa bahagi dahil ito ay masyadong simple," sabi ni Isacoff. "Ironically, maaari mong gawin ito 20 taon na ang nakakaraan."

Ang mga mananaliksik ay nagtataas ng mga pondo upang kunin ang gene therapy sa isang pagsubok ng tao sa loob ng tatlong taon. Ang mga katulad na sistema ng paghahatid ng AAV ay naaprubahan ng FDA para sa mga sakit sa mata sa mga taong may mga degenerative retinal na kondisyon at walang alternatibong medikal.

Tanggihan ang mga logro

Ayon sa Flannery and Isacoff, ang karamihan sa mga tao sa larangan ng pangitain ay magtatanong kung ang mga opsyon ay maaaring magtrabaho sa labas ng kanilang espesyal na pamalo at mag-aalis ng mga selulang photoreceptor. Ang ibabaw ng isang photoreceptor ay pinalamutian ng opsins-rhodopsin sa rods at pula, berde at asul na opsin sa cones-naka-embed sa isang kumplikadong molekular machine. Ang isang molekular na relay-ang G-protina na isinama sa receptor signaling cascade-ay nagpapalawak ng signal nang husto kaya na natutuklasan natin ang mga solong photons ng liwanag.

Ang isang sistema ng enzyme ay nagpapasya sa opsin sa sandaling nakita nito ang poton at nagiging "bleached." Ang regulasyon ng feedback ay umaangkop sa sistema sa iba't ibang mga liwanag ng background. At ang dalubhasang ion ng channel ay bumubuo ng isang makapangyarihang signal boltahe. Kung walang transplanting ang buong sistema, makatwirang maghinala na ang opsin ay hindi gagana.

Sa isang normal na retina, ang mga photoreceptor - rods (blue) at cones (berde) - tiktikan ang mga signal ng ilaw at relay sa iba pang mga layer ng mata, na nagtatapos sa ganglion cells (purple), na direktang nakikipag-usap sa center ng paningin ng utak. (Credit: UC Berkeley)

Ngunit ang Isacoff, na dalubhasa sa mga receptor ng protina sa G na nervous system, ay alam na marami sa mga bahagi na ito ay umiiral sa lahat ng mga cell. Pinaghihinalaan niya na ang isang opsin ay awtomatikong makakonekta sa sistema ng pag-sign ng mga retinal ganglion cells. Kasama niya, sinimulan niya at Flannery ang una na rhodopsin, na mas sensitibo sa liwanag kaysa sa mga opsyon ng kono.

Sa kanilang kasiyahan, nang ipakilala nila ang rhodopsin sa mga ganglion na selula ng mga daga na ang mga tungkod at mga cone ay ganap na bumagsak, at kung sinuman ay bulag, ang mga hayop ay nabawi ang kakayahang magsabi ng madilim mula sa liwanag-kahit na banayad na ilaw sa silid. Ngunit ang rhodopsin ay naging masyadong mabagal at nabigo sa pagkilala ng imahe at bagay.

Pagkatapos ay sinubukan nila ang berdeng kono opsin, na tumugon sa 10 na mas mabilis kaysa sa rhodopsin. Kapansin-pansin, nakilala ng mga mice ang parallel mula sa pahalang na mga linya, mga linya na malapit na tinutukoy laban sa malawak na espasyo (isang karaniwang gawa ng katalinuhan ng tao), paglipat ng mga linya kumpara sa mga galaw na linya. Ang naibalik na paningin ay napakasensitibo na ang mga iPad ay maaaring gamitin para sa visual na pagpapakita sa halip ng mas maliwanag na LEDs.

"Napalakas nito ang mensahe sa bahay," sabi ni Isacoff. "Pagkatapos ng lahat, gaano kamangha-mangha para sa mga bulag na tao na mabawi ang kakayahang magbasa ng karaniwang monitor ng computer, makipag-usap sa pamamagitan ng video, manood ng isang pelikula."

Ang mga tagumpay na ito ay ginawa ng Isacoff and Flannery na humayo sa isang hakbang at malaman kung ang mga hayop ay maaaring mag-navigate sa mundo na may naibalik na pangitain. Nakakatakot, narito rin, ang berdeng kono opsin ay isang tagumpay. Ang mga daga na naging bulag ay nakuhang muli ang kanilang kakayahang magsagawa ng isa sa kanilang mga pinaka-natural na pag-uugali: pagkilala at pagsisiyasat ng tatlong-dimensional na mga bagay.

Pagkatapos ay tinanong nila ang tanong, "Ano ang mangyayari kung ang isang taong may panibagong paningin ay nagpunta sa labas ng mas maliwanag na liwanag? Maaring mabulag sila sa pamamagitan ng liwanag? "Dito, lumitaw ang isa pang kapansin-pansing katangian ng sistema, sabi ni Isacoff: Ang adaptasyon ng berde na kono opsin ay nag-aangkop. Ang mga hayop na dating bulag ay nababagay sa pagbabago ng liwanag at maaaring gawin ang gawain tulad ng mga hayop na nakikita. Ang pagbagay na ito ay nagtrabaho sa loob ng isang hanay ng mga isang libong beses-ang pagkakaiba, mahalagang, sa pagitan ng average na panloob at panlabas na ilaw.

"Kapag sinabi ng lahat na hindi ito gagana at na kayo ay mabaliw, karaniwan ay nangangahulugan ito na kayo ay may isang bagay," sabi ni Flannery. Sa katunayan, ang isang bagay ay tumutukoy sa unang matagumpay na pagpapanumbalik ng patterned paningin gamit ang isang screen LCD computer, ang unang upang umangkop sa mga pagbabago sa ilaw sa paligid, at ang unang upang ibalik ang natural na pangitain ng bagay.

Lumilitaw ang pananaliksik sa Nature Communications. Ang koponan ay ngayon sa mga pagkakaiba-iba sa pagsubok ng trabaho sa tema na maaaring ibalik ang pangitain ng kulay at karagdagang pagtaas ng katalinuhan at pagbagay. Ang National Eye Institute ng National Institutes of Health, ang Nanomedicine Development Center para sa Optical Control ng Biological Function, ang Foundation for Fighting Blindness, ang Hope for Vision Foundation, at ang Lowy Medical Research Institute na suportado ang pananaliksik.

Source: UC Berkeley

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon