Die muise kan beweging sien, die helderheid verander oor 'n duisendvoudige reeks, en fyn detail op 'n iPad wat genoeg is om letters te onderskei.
Die navorsers sê dat binne drie jaar die genterapie wat hulle deur middel van 'n onaktiewe virus gelewer het, kan toets word by mense wat siek geword het weens retinale degenerasie, wat hulle ideaal genoeg visie gee om te beweeg en moontlik herstel hul vermoë om 'n video te lees of te kyk.
"Jy sal hierdie virus in 'n persoon se oog inspuit en 'n paar maande later sal hulle iets sien," sê Ehud Isacoff, 'n professor in molekulêre en selbiologie aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, en direkteur van die Helen Wills Neurowetenskap Instituut.
"... hoe wonderlik dit sal wees vir blinde mense om die vermoë om 'n standaard rekenaarmonitor te lees, te kommunikeer deur video, 'n fliek te sien, te herwin."
"Met neurodegeneratiewe siektes van die retina, is dikwels alle mense wat probeer om te doen, stop of degenerasie stadig. Maar iets wat in 'n paar maande 'n beeld herstel, dit is 'n wonderlike ding om na te dink. '
Omtrent 170 miljoen mense wêreldwyd leef met ouderdomverwante makulêre degenerasie, wat een in 10-mense oor die ouderdom van 55 tref, terwyl 1.7 miljoen mense wêreldwyd die mees algemene vorm van geërfde blindheid, retinitis pigmentosa het, wat gewoonlik mense blind bly op die ouderdom van 40.
"Ek het vriende met geen ligte persepsie nie, en hul lewenstyl is hartverskeurend," sê John Flannery, 'n professor in molekulêre en selbiologie wat op die Skool vir Optometrie-fakulteit is.
"Hulle moet oorweeg wat gesigte mense vanselfsprekend aanvaar. Byvoorbeeld, elke keer as hulle na 'n hotel gaan, is elke kameruitleg 'n bietjie anders, en hulle het iemand nodig om hulle om die kamer te loop terwyl hulle 'n 3D-kaart in hul kop bou. Daaglikse voorwerpe, soos 'n lae koffietafel, kan 'n gevaar wees. Die las van siekte is groot onder mense met ernstige, onbruikbare visieverlies, en hulle kan die eerste kandidate vir hierdie soort terapie wees. "
Die nuwe terapie behels die inspringing van geaktiveerde virusse in die glasagtige om 'n geen direk in ganglion selle te dra. Vroeër weergawes van virale terapie benodig die virusse onder die retina (onderkant). (Krediet: John Flannery)
Tans is opsies vir sulke pasiënte beperk tot 'n elektroniese ooginplantaat wat aan 'n videokamera gekoppel is wat op 'n bril sit. 'N Ongemaklike, indringende en duur opstelling wat 'n beeld op die retina lewer wat gelykwaardig is, tans tot 'n paar honderd pixels. Normale, skerp visie behels miljoene pixels.
Die regstelling van die genetiese defek wat verantwoordelik is vir retinale degenerasie is ook nie reguit nie, omdat daar meer as 250 verskillende genetiese mutasies verantwoordelik is vir retinitis pigmentosa alleen. Ongeveer 90 persent hiervan maak die retina se fotoreseptorselle dood, die stokke wat sensitief is vir dowwe lig en die keëltjies, vir dagligkleurpersepsie. Maar retinale degenerasie bespaar tipies ander lae retinale selle, insluitende die bipolêre en die retinale ganglion selle, wat gesond kan bly, alhoewel onsensitief vir lig, dekades nadat mense heeltemal blind geword het.
In hul proewe in muise het die navorsers daarin geslaag om 90 persentasie ganglion selle liggevoelig te maak.
'N Eenvoudige stelsel
Om blindheid in hierdie muise te keer, het die navorsers 'n virus ontwerp wat na retinale ganglion selle gerig is en dit met die geen gelaai vir 'n liggevoelige reseptor, die groen (medium-golflengte) keël opsie. Normaalweg verwerp slegs kegelfotoreceptorselle hierdie opsien en maak dit sensitief vir groen-geel lig. Toe navorsers dit in die oog ingespuit het, het die virus die genie in ganglion selle, wat normaalweg onsensitief vir lig is, oorgedra en liggevoelig gemaak en seine na die brein gestuur wat dit as sig beskou het.
"Tot die grense dat ons die muise kan toets, kan u nie die optogeneties-behandelde muise se gedrag van die normale muise sonder spesiale toerusting vertel nie," sê Flannery. "Dit blyk te wees gesien wat dit in 'n pasiënt vertaal."
By muise het die navorsers die opics aan die meeste van die ganglion selle in die retina gelewer. Om mense te behandel, sal hulle baie meer virusdeeltjies moet inspuit omdat die menslike oog duisende kere meer ganglion selle bevat as die muisoog. Maar die span het die middele ontwikkel om virale lewering te verbeter en hoop om die nuwe ligsensor in 'n soortgelyke hoë persentasie ganglion selle in te voeg, 'n hoeveelheid wat gelykstaande is aan die baie hoë pixelgetalle in 'n kamera.
Die oranje lyne volg die beweging van muise gedurende die eerste minuut nadat hulle navorsers hulle in 'n vreemde hok geplaas het. Blinde muise (boonste) hou versigtig na die hoeke en kante, terwyl die behandelde muise (middel) die kooi amper soveel as normale sigmuise (onderkant) verken. (Krediet: Ehud Isacoff / John Flannery)
Isacoff en Flannery het ná meer as 'n dekade van meer ingewikkelde skemas na die eenvoudige oplossing gekom, insluitende die invoeging in oorlewende retinale selkombinasies van geneties-gemanipuleerde neurotransmitterreseptore en liggevoelige chemiese skakelaars. Dit het gewerk, maar het nie die sensitiwiteit van normale visie bereik nie. Opsins van mikrobes wat elders getoets is, het ook laer sensitiwiteit, wat die gebruik van ligversterkende bril benodig.
Om die hoë sensitiwiteit van natuurlike visie op te vang, het die navorsers na die lig-reseptor opsins van fotoreceptorselle verander. Met behulp van 'n adeno-geassosieerde virus wat natuurlik die ganglion selle besmet, het hulle die gene suksesvol gelewer vir 'n retinale opsin in die genoom van die ganglion selle. Die voorheen blinde muise het visie verkry wat 'n leeftyd geduur het.
"Dat hierdie stelsel werk, is regtig bevredigend, deels omdat dit ook baie eenvoudig is," sê Isacoff. "Ironies genoeg, jy kon hierdie 20 jaar gelede gedoen het."
Die navorsers maak geld in om die gene terapie binne drie jaar in 'n menslike verhoor te neem. Soortgelyke AAV-leweringstelsels is deur die FDA goedgekeur vir oogsiektes by mense met degeneratiewe retinale toestande en wat geen mediese alternatief het nie.
Volgens Flannery en Isacoff sal die meeste mense in die visieveld bevraagteken of opsins buite hul gespesialiseerde staaf- en kegelfotoreceptorselle kan werk. Die oppervlak van 'n fotoreseptor is versier met opsins-rhodopsin in stokke en rooi, groen en blou opsins in kegels-ingebed in 'n ingewikkelde molekulêre masjien. 'N Molekulêre relay - die G-proteïen gekoppelde reseptor sein-kaskade - versterk die sein so effektief dat ons enkele fotone van lig kan opspoor.
'N Ensiestelsel herlaai die opsin sodra dit die foton ontdek en word "gebleik". Terugvoerregulasie pas die stelsel aan op baie verskillende agtergrond helderhede. En 'n gespesialiseerde ioonkanaal genereer 'n kragtige spanningsein. Sonder om die hele stelsel uit te plant, was dit redelik om te vermoed dat die opsien nie sou werk nie.
In 'n normale retina, fotoreceptors - stokke (blou) en keëls (groen) - let die lig en aflos seine na ander lae van die oog, wat eindig in die ganglion selle (pers), wat direk met die visie sentrum van die brein praat. (Krediet: UC Berkeley)
Maar Isacoff, wat spesialiseer in G-proteïengekoppelde reseptore in die senuweestelsel, het geweet dat baie van hierdie dele in alle selle bestaan. Hy het vermoed dat 'n opsie outomaties met die seinstelsel van die retinale ganglion selle verbind sal word. Saam het hy en Flannery aanvanklik rhodopsin probeer, wat meer sensitief is vir lig as kegels opsins.
Tot hul plesier, toe hulle rhodopsin in die ganglionse selle van muise ingevoer het, waarvan die stokke en keëls heeltemal degenerasie gehad het, en wat gevolglik blind was, het die diere die vermoë om donker van ligte, ligte kamerlig te vertel, teruggekry. Maar rhodopsin het te stadig geword en misluk in beeld en voorwerpherkenning.
Hulle het toe probeer om die groen keël opsie, wat 10 keer vinniger as rhodopsin gereageer het. Opmerklik was dat die muise parallel kon onderskei van horisontale lyne, lyne wat op 'n skuins gespasieerde wyse versus wyd gespasieer is ('n standaard menslike skerpte taak), bewegende lyne teenoor stilstaande lyne. Die herstelde visie was so sensitief dat iPads gebruik kan word vir die visuele uitstallings in plaas van baie helderder LED's.
"Dit het die boodskap tuis gebring," sê Isacoff. "Hoe wonderlik dit sal wees vir blinde mense om die vermoë om 'n standaard rekenaarmonitor te lees, te kommunikeer deur video, 'n fliek te sien, kan dit regkry."
Hierdie suksesse het gemaak dat Isacoff en Flannery 'n stap verder wil gaan en uitvind of diere met 'n herstelde visie in die wêreld kan navigeer. Opvallend, ook hier, was die groen kegel opsie 'n sukses. Muise wat blind was, het hul vermoë behaal om een ​​van hul mees natuurlike gedrag te verrig: drie-dimensionele voorwerpe te herken en te verken.
Hulle het toe die vraag gevra: "Wat sal gebeur as 'n persoon met 'n herstelde visie buite in helderder lig gaan? Sal hulle deur die lig verblind word? "Hier het 'n ander treffende kenmerk van die stelsel ontstaan, sê Isacoff: Die groen kegel opsieningsaanwysingspas pas. Diere wat voorheen blind was, het aangepas by die helderheidsverandering en kon die taak net so goed soos gesiene diere verrig. Hierdie aanpassing het gewerk oor 'n reeks van ongeveer 'n duisendvoudig-die verskil in wese tussen gemiddelde binne- en buite-beligting.
"As almal sê dit sal nooit werk nie en dat jy mal is, beteken dit gewoonlik dat jy iets is," sê Flannery. Inderdaad, dit is iets wat die eerste suksesvolle herstel van patroonvisie beteken deur 'n LCD-rekenaarskerm te gebruik, die eerste om aan te pas by veranderinge in omgewingslig, en die eerste om natuurlike objekvisie te herstel.
Die navorsing verskyn in Nature Kommunikasie. Die span toets nou variasies op die tema wat die kleurvisie kan herstel en die skerpte en aanpassing verder kan verhoog. Die Nasionale Ooginstituut van die Nasionale Instituut van Gesondheid, die Nanomedisyne-ontwikkelingsentrum vir die Optiese Beheer van Biologiese Funksie, die Stigting vir Stryd Blindheid, die Hope for Vision Foundation en die Lowy Medical Research Institute het die navorsing ondersteun.