Вчені вставили ген для рецептора зеленого світла в очі сліпим мишам, і через місяць миші рухалися навколо перешкод так само легко, як і у людей, які не мають проблем із зором.

Миші могли бачити рух, яскравість змінюється в тисячократному діапазоні та дрібні деталі на iPad, достатні для розрізнення букв.

Дослідники кажуть, що лише за три роки генна терапія, яку вони провели через неактивний вірус, може пройти тестування на людях, які втратили зір через дегенерацію сітківки, в ідеалі даючи їм достатньо зору для пересування та потенційного відновлення. їх здатність читати або переглядати відео.

"Ви ввели цей вірус в око людині, і через пару місяців вони щось побачили б", - говорить Ехуд Ісакофф, професор молекулярної та клітинної біології з Каліфорнійського університету в Берклі та директор Хелен Уіллз. Інститут неврології.

"... як би було чудово для сліпих повернути собі здатність читати звичайний монітор комп'ютера, спілкуватися за допомогою відео, дивитися фільм".

«При нейродегенеративних захворюваннях сітківки часто всі люди намагаються зупинити або уповільнити подальшу дегенерацію. Але те, що відновлює образ за кілька місяців, - це дивовижна річ, про яку слід думати ».

Близько 170 мільйонів людей у ​​всьому світі живуть з віковою дегенерацією жовтої плями, яка вражає кожного десятого з віком старше 10 років, тоді як 55 мільйона людей у ​​всьому світі мають найпоширенішу форму успадкованої сліпоти - пігментний ретиніт, який, як правило, робить людей сліпими за віком з 1.7.

"У мене є друзі, які не сприймають світла, і їхній спосіб життя розбиває серце", - говорить Джон Фланнери, професор молекулярної та клітинної біології, який працює на факультеті оптометрії.

“Вони повинні враховувати те, що сприймають люди як належне. Наприклад, кожного разу, коли вони йдуть до готелю, розташування кожної кімнати дещо відрізняється, і їм потрібен хтось, хто прогулює їх по кімнаті, поки вони будують собі 3D-карту в голові. Повсякденні предмети, такі як низький журнальний столик, можуть становити небезпеку. Тягар хвороб величезний серед людей з важкою та інвалідною втратою зору, і вони можуть бути першими кандидатами на такий вид терапії ".

Нова терапія передбачає ін’єкцію інактивованих вірусів у склоподібне тіло для перенесення гена безпосередньо в клітини гангліїв. Ранні версії вірусної терапії вимагали ін’єкції вірусів під сітківку (внизу). (Кредит: Джон Фланнери)

В даний час варіанти для таких пацієнтів обмежені електронним імплантатом ока, підключеним до відеокамери, яка сидить на парі окулярів - незручна, інвазивна та дорога установка, яка створює зображення на сітківці, що наразі еквівалентно кільком сотням пікселів. Звичайний, чіткий зір включає мільйони пікселів.

Виправлення генетичного дефекту, відповідального за дегенерацію сітківки, також не є простим, оскільки існує понад 250 різних генетичних мутацій, відповідальних лише за пігментний ретиніт. Близько 90 відсотків з них вбивають фоторецепторні клітини сітківки - палички, чутливі до слабкого світла, та колбочки для сприйняття кольору денного світла. Але дегенерація сітківки зазвичай щадить інші шари клітин сітківки, включаючи біполярні та гангліозні клітини сітківки, які можуть залишатися здоровими, хоча і нечутливими до світла, протягом десятиліть після того, як люди повністю сліпі.

У своїх випробуваннях на мишах дослідникам вдалося зробити 90 відсотків гангліозних клітин світлочутливими.

Проста система

Щоб змінити сліпоту у цих мишей, дослідники сконструювали вірус, націлений на гангліозні клітини сітківки, і завантажили в нього ген світлочутливого рецептора, зелений (середньохвильовий) конус опсин. Як правило, лише конусоподібні фоторецепторні клітини експресують цей опсин, і це робить їх чутливими до зелено-жовтого світла. Коли дослідники ввели його в око, вірус переніс ген у клітини гангліїв, які, як правило, нечутливі до світла, і зробив їх світлочутливими і здатними посилати мозку сигнали, які він трактував як зір.

"До тих меж, які ми можемо перевірити на мишах, ви не можете відрізнити поведінку мишей, які отримують оптогенетичну обробку, від звичайних мишей без спеціального обладнання", - говорить Фланнери. "Залишається з'ясувати, що це означає для пацієнта".

На мишах дослідники доставляли опсини до більшості гангліозних клітин сітківки. Щоб лікувати людей, їм доведеться вводити набагато більше частинок вірусу, оскільки людське око містить у тисячі разів більше клітин гангліїв, ніж око миші. Але команда розробила засоби для посилення доставки вірусів і сподівається вставити новий датчик світла у такий же високий відсоток гангліозних клітин, що еквівалентно дуже великим числам пікселів у камері.

Помаранчеві лінії відстежують рух мишей протягом першої хвилини після того, як дослідники помістили їх у дивну клітку. Сліпі миші (зверху) обережно тримаються за кути та боки, тоді як оброблені миші (посередині) досліджують клітку майже стільки ж, скільки звичайні миші (внизу). (Кредит: Ehud Isacoff / John Flannery)

Ісакофф і Фланнери знайшли просте виправлення після більш ніж десятиліття спроб більш складних схем, включаючи введення в збережені клітини сітківки комбінацій генно-інженерних рецепторів нейромедіаторів та світлочутливих хімічних вимикачів. Вони працювали, але не досягли чутливості нормального зору. Опсини від мікробів, протестованих в інших місцях, також мали нижчу чутливість, що вимагало використання світлозахисних окулярів.

Щоб зафіксувати високу чутливість природного зору, дослідники звернулися до світлових рецепторів опсинів фоторецепторних клітин. Використовуючи аденоасоційований вірус, який природним чином інфікує гангліозні клітини, вони успішно доставили ген опсину сітківки в геном гангліозних клітин. Раніше сліпі миші придбали зір, який тривав усе життя.

"Те, що ця система працює, насправді задовольняє, частково тому, що це також дуже просто", - каже Ісакофф. "Як не дивно, ви могли зробити це 20 років тому".

Дослідники збирають кошти для впровадження генної терапії в дослідження людини на протязі трьох років. Подібні системи доставки AAV були затверджені FDA для захворювань очей у людей з дегенеративними захворюваннями сітківки та без медичної альтернативи.

Заперечуючи шанси

За словами Фланнері та Ісакоффа, більшість людей у ​​полі зору ставлять під сумнів питання, чи можуть опсини працювати за межами своїх спеціалізованих клітинних фоторецепторних паличок і конусів. Поверхня фоторецептора прикрашена опсинами - родопсином у стержнях та червоними, зеленими та синіми опсинами у конусах - вбудованими у складну молекулярну машину. Молекулярне реле - сигнальний каскад рецепторів, пов’язаних з G-білком - підсилює сигнал настільки ефективно, що ми можемо виявити поодинокі фотони світла.

Ферментна система заряджає опсин, як тільки він виявляє фотон і стає "вибіленим". Регулювання зворотного зв'язку пристосовує систему до дуже різних яскравостей фону. А спеціалізований іонний канал генерує потужний сигнал напруги. Без пересадки всієї цієї системи було розумно запідозрити, що опсин не буде працювати.

У звичайній сітківці фоторецептори - палички (сині) та колбочки (зелені) - виявляють світлові та ретрансляційні сигнали до інших шарів ока, що закінчуються гангліозними клітинами (фіолетовими), які безпосередньо розмовляють з центром зору мозку. (Кредит: UC Berkeley)

Але Ісакофф, який спеціалізується на зв’язаних з білками рецепторах нервової системи, знав, що багато з цих частин існують у всіх клітинах. Він підозрював, що опсин автоматично підключиться до системи сигналізації гангліозних клітин сітківки. Разом він і Фланнері спочатку пробували родопсин, який більш чутливий до світла, ніж конусоподібні опсини.

На їхню радість, коли вони ввели родопсин у гангліозні клітини мишей, палички та конуси яких повністю виродилися, і, отже, вони були сліпими, тварини відновили здатність розрізняти темне від світла - навіть слабке світле приміщення. Але родопсин виявився занадто повільним і зазнав невдачі в розпізнаванні зображень та об’єктів.

Потім вони спробували зелений конус опсину, який реагував у 10 разів швидше, ніж родопсин. Що примітно, миші змогли відрізнити паралельні від горизонтальних ліній, лінії, розташовані впритул від широко розставлених (стандартне завдання гостроти людини), рухомі лінії проти нерухомих ліній. Відновлений зір був настільки чутливим, що iPad для заміни набагато яскравіших світлодіодів можна було використовувати для візуальних дисплеїв.

"Це потужно принесло повідомлення додому", - каже Ісакофф. "Зрештою, як чудово було б для сліпих повернути собі здатність читати звичайний монітор комп'ютера, спілкуватися за допомогою відео, дивитися фільм".

Ці успіхи змусили Ісакоффа і Фланнері захотіти піти на крок далі і з’ясувати, чи можуть тварини орієнтуватися у світі з відновленим зором. Вражаюче, що і тут опсин із зеленого конуса мав успіх. Миші, які були сліпими, відновили свою здатність виконувати одну з найбільш природних форм поведінки: розпізнавати та досліджувати тривимірні об'єкти.

Потім вони задали питання: «Що було б, якби людина з відновленим зором вийшла на вулицю при більш яскравому світлі? Чи їх не засліпило б світло? » Тут з'явилася ще одна вражаюча особливість системи, каже Ісакофф: Сигнальний шлях опсину зеленого конуса адаптується. Тварини, які раніше були сліпими, пристосовувались до зміни яскравості і могли виконувати завдання настільки ж добре, як і зрячі тварини. Ця адаптація працювала приблизно в тисячу разів - різниця, по суті, між середнім освітленням у приміщенні та на вулиці.

"Коли всі говорять, що це ніколи не спрацює, і що ти божевільний, зазвичай це означає, що ти щось задумав", - говорить Фланнери. Дійсно, це щось означає перше успішне відновлення візерункового зору за допомогою РК-екрану комп’ютера, перше, що адаптується до змін навколишнього освітлення, і перше, що відновлює зір природного об’єкта.

Дослідження з'являються в Росії Природа зв'язку. Зараз команда працює над тестуванням варіантів на тему, які могли б відновити кольоровий зір та ще більше підвищити гостроту та адаптацію. Національний інститут очей Національних інститутів охорони здоров’я, Центр розвитку наномедицини для оптичного контролю біологічної функції, Фонд боротьби зі сліпотою, Фонд Надія для зору та Медичний дослідницький інститут Лоуі підтримали дослідження.

джерело: UC Berkeley

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon