基因插入后,盲小鼠会恢复视力

基因插入后,盲小鼠会恢复视力科学家将绿光受体的基因插入到盲目的老鼠的眼睛中,一个月后,小鼠在障碍物周围航行,就像那些没有视力问题的人一样容易。

老鼠可以看到动作,亮度变化超过千倍范围,iPad上的精细细节足以区分字母。

研究人员表示,在短短三年内,他们通过非活性病毒传播的基因治疗可以用于因视网膜变性而失明的人类进行检测,理想情况下给予他们足够的视力来移动并可能恢复他们阅读或观看视频的能力。

“你会把这种病毒注射到一个人的眼中,几个月之后,他们会看到一些东西,”加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授,海伦威尔斯的主任埃胡德·伊萨科夫说。神经科学研究所。

“......盲人重新获得阅读标准电脑显示器,通过视频进行交流,观看电影的能力是多么美妙。”

“对于视网膜的神经退行性疾病,通常所有人都试图停止或减缓进一步的退化。 但是在几个月内恢复形象的东西 - 这是一个令人惊奇的事情。“

全世界约有170百万人患有与年龄相关的黄斑变性,10年龄的55患者中有一人患病,而全球1.7百万人患有最常见的遗传性失明症 - 视网膜色素变性,这通常会使人失明40

“我有没有光感的朋友,他们的生活方式令人心痛,”分子和细胞生物学教授,视光学院教授John Flannery说。

“他们必须考虑视力正常的人认为理所当然。 例如,每次去酒店时,每个房间的布局都会有所不同,他们需要有人在房间里走动,同时在他们的脑海中构建一张3D地图。 日常物品,如低矮的咖啡桌,可能会造成危险。 患有严重视力丧失的严重视力障碍患者的疾病负担巨大,他们可能是这类治疗的首选候选人。“

基因插入后,盲小鼠会恢复视力新疗法包括将灭活的病毒注射到玻璃体中以将基因直接携带到神经节细胞中。 早期版本的病毒治疗需要在视网膜下方注射病毒(底部)。 (图片来源:John Flannery)

目前,这类患者的选择仅限于连接到坐在一副眼镜上的摄像机的电子眼植入物 - 一种笨拙,侵入性和昂贵的设置,在视网膜上产生相当于目前几百的图像像素。 正常,锐利的视觉涉及数百万像素。

纠正导致视网膜变性的遗传缺陷也不是直截了当的,因为不仅250不同的基因突变导致单独的视网膜色素变性。 关于90这些中的百分比会杀死视网膜的感光细胞 - 对昏暗的光敏感的视杆和视锥细胞,用于日光颜色感知。 但视网膜变性通常会使视网膜细胞的其他层面不受影响,包括双极和视网膜神经节细胞,这些细胞在人们完全失明后数十年才能保持健康,虽然对光线不敏感。

在他们的小鼠试验中,研究人员成功地使90百分比的神经节细胞对光敏感。

一个简单的系统

为了逆转这些小鼠的失明,研究人员设计了一种靶向视网膜神经节细胞的病毒,并将其加载到光敏感受体的基因中,绿色(中等波长)视锥细胞视蛋白。 通常,只有视锥感光细胞表达这种视蛋白,它使它们对绿黄色光敏感。 当研究人员将其注入眼睛时,病毒将该基因携带到通常对光不敏感的神经节细胞中,使它们对光敏感并能够向大脑发送信号,将其解释为视线。

“对于我们可以测试小鼠的极限,你不能告诉光学处理小鼠的行为来自没有特殊设备的正常老鼠,”弗兰纳里说。 “还有待观察病人的转化情况。”

在小鼠中,研究人员将视蛋白传递给视网膜中的大多数神经节细胞。 为了治疗人类,他们需要注射更多的病毒颗粒,因为人眼比小鼠眼睛含有数千倍的神经节细胞。 但该团队已经开发出增强病毒传递的方法,并希望将新的光传感器插入到同样高百分比的神经节细胞中,这相当于相机中非常高的像素数。

基因插入后,盲小鼠会恢复视力在研究人员将它们放入一个奇怪的笼子后的第一分钟,橙色线条跟踪老鼠的运动。 盲小鼠(上)小心翼翼地保持在角落和侧面,而受治疗的小鼠(中间)探测笼子几乎与正常视力小鼠(下图)一样多。 (图片来源:Ehud Isacoff / John Flannery)

经过十多年的尝试更复杂的方案,包括插入遗传工程神经递质受体和光敏化学开关的幸存视网膜细胞组合,Isacoff和Flannery得出了简单的解决办法。 这些工作,但没有达到正常视力的敏感性。 来自其他地方测试的微生物的Opsins也具有较低的灵敏度,需要使用光放大护目镜。

为了捕捉自然视觉的高灵敏度,研究人员转向光感受器细胞的光受体视蛋白。 使用天然感染神经节细胞的腺相关病毒,他们成功地将视网膜视蛋白的基因传递到神经节细胞的基因组中。 先前失明的老鼠获得持续一生的视力。

“这个系统真的非常令人满意,部分原因在于它也非常简单,”Isacoff说。 “具有讽刺意味的是,你可以在几年前完成这个20。”

研究人员正在筹集资金,在三年内将基因疗法纳入人体试验。 类似的AAV递送系统已被FDA批准用于患有退行性视网膜病症且没有医学替代品的人的眼病。

无视赔率

根据Flannery和Isacoff的说法,视力领域的大多数人都会质疑视蛋白是否可以在他们专门的视杆细胞和锥形感光细胞之外工作。 感光器的表面装饰有棒中的视蛋白 - 视紫红质和嵌入复杂分子机器中的锥体中的红色,绿色和蓝色视蛋白。 分子中继--G蛋白偶联受体信号级联 - 放大信号,使我们能够检测到单个光子。

一旦检测到光子并且变为“漂白”,酶系统就会对视蛋白进行充电。反馈调节使系统适应不同的背景亮度。 并且专门的离子通道产生有效的电压信号。 如果不移植整个系统,怀疑操作不起作用是合理的。

基因插入后,盲小鼠会恢复视力在正常视网膜中,光感受器 - 杆(蓝色)和视锥细胞(绿色) - 检测光并将信号传递到眼睛的其他层,以神经节细胞(紫色)结束,直接与大脑的视觉中心对话。 (图片来源:加州大学伯克利分校)

但Isacoff专门研究神经系统中的G蛋白偶联受体,他知道所有细胞中都存在许多这些部位。 他怀疑视蛋白会自动连接到视网膜神经节细胞的信号系统。 他和Flannery最初一起尝试了视紫红质,它比光视蛋白更敏感。

令他们高兴的是,当他们将视紫红质引入小鼠的神经节细胞时,这些老鼠的视杆和视锥细胞已经完全退化,并且因此失明,这些动物重新获得了从光线 - 甚至微弱的室内光线中辨别黑暗的能力。 但视紫红质结果太慢,在图像和物体识别方面都失败了。

然后他们尝试了绿色锥形视蛋白,它比视紫红质更快地响应10倍。 值得注意的是,这些老鼠能够区分平行线和水平线,线间距离较远(标准人类视敏度任务),移动线与静止线。 恢复的视野非常敏感,iPad可以用于视觉显示而不是更亮的LED。

“这有力地将信息带回家,”伊萨科夫说。 “毕竟,盲人重新获得阅读标准电脑显示器,通过视频进行交流,观看电影的能力是多么美妙。”

这些成功使得Isacoff和Flannery想要更进一步,并找出动物是否可以在视力恢复的世界中航行。 引人注目的是,绿锥视觉也是成功的。 盲目的老鼠重新获得了执行其最自然行为的能力:识别和探索三维物体。

然后他们问了一个问题,“如果视力恢复的人在户外进入更明亮的光线会怎样? 他们会被光线蒙蔽吗?“在这里,系统的另一个显着特征出现了,Isacoff说:绿色锥体视网膜信号通路适应。 动物以前盲目地调整到亮度变化,并且可以像看见的动物一样执行任务。 这种适应性工作在大约一千倍的范围内 - 差别在于平均室内和室外照明之间的差异。

弗兰纳里说:“当每个人都说它永远不会起作用而且你疯了,通常这意味着你会做些什么。” 事实上,这相当于第一次成功恢复使用LCD计算机屏幕的图案视觉,第一次适应环境光的变化,第一次恢复自然物体视觉。

研究出现在 自然通讯。 该团队现在正在测试主题的变化,可以恢复色觉,进一步提高敏锐度和适应性。 国立卫生研究院国家眼科研究所,生物功能光学控制纳米医学发展中心,防盲基金会,愿景基金会和洛伊医学研究所支持这项研究。

来源: 加州大学伯克利分校

相关书籍

{amazonWS:searchindex = Books; keywords = blindness cures; maxresults = 3}

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

按照InnerSelf

Facebook的图标Twitter的图标RSS图标

通过电子邮件获取最新的

{emailcloak = OFF}