Přidáním jediného genu se myši krtek zlepšily.
Bylo to překvapivě jednoduché. Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley vložili gen pro receptor zeleného světla do očí myší krtků a o měsíc později obcházeli překážky stejně snadno jako myši se zrakovým postižením. Na iPadu mohli vidět pohyb, jas tisíckrát změnit a dostatečně jemné detaily, aby si všimly písmen.
Vědci tvrdí, že za pouhé tři roky lze genovou terapii inaktivovaným virem testovat u lidí, kteří ztratili zrak kvůli degeneraci sítnice, což jim poskytne dostatek vidění, aby mohli jednat ideálně a potenciálně získat zpět své schopnosti. pro čtení nebo sledování videí.
“Vstříknete tento virus do oka člověka a ten po několika měsících něco uvidí,” řekl Ehud Isacoff, profesor buněčné a molekulární biologie na UC Berkeley a ředitel institutu Helen Wills Neuroscience Institute. “U neurodegenerativních onemocnění sítnice jsou obvykle všichni lidé, kteří se o to pokoušejí, zastavit nebo zpomalit degeneraci.” Ale něco překvapivého je to, co obnoví obraz během několika měsíců. “
Přibližně 170 milionů lidí na celém světě žije s věkem podmíněnou makulární degenerací, která postihuje jednoho z 10 lidí ve věku nad 55 let, zatímco 1,7 milionu lidí na celém světě je nejčastější dědičnou slepotou, retinitis pigmentosa, která často zanechává lidi slepými do 40 let.
“Mám přátele, kteří necítí světlo, a jejich životní styl je srdcervoucí,” řekl John Flannery, profesor buněčné a molekulární biologie na UC Berkeley na College of Optometry. “Vidění lidí musí přemýšlet o tom, co přijímají.” Například pokaždé, když jdou do hotelu, je rozložení každého pokoje mírně odlišné a potřebují někoho, kdo by chodil po místnosti a vytvořil si 3D mapu v hlavě. . “Denní předměty, jako jsou nízké stojany, mohou představovat nebezpečí pádu.” Břemeno nemoci je obrovské u lidí s těžkou a invalidizující ztrátou zraku a může být prvními kandidáty na tento typ terapie. “
V současné době jsou možnosti pro tyto pacienty omezeny na elektronický oční implantát připojený k videokameře zabudované do dvojice čoček; nepohodlná, invazivní a nákladná konfigurace vytváří obraz sítnice, který je v současné době ekvivalentní. až několik stovek pixelů. Normální a ostré vidění zahrnuje miliony pixelů.
Oprava genetického defektu odpovědného za degeneraci sítnice není také snadná, protože za samotnou retinitis pigmentosa existuje více než 250 různých genetických mutací. Asi 90 procent z nich zabíjí fotoreceptorové buňky sítnice: tyčinky citlivé na tlumené světlo a kužely pro vnímání barev za denního světla. Degenerace sítnice však často odděluje další buněčné vrstvy v sítnici, včetně bipolárních a gangliových buněk sítnice, které mohou zůstat neporušené po celá desetiletí poté, co jsou zcela slepí vůči světlu.
Tým UC Berkeley způsobil, že 90 procent gangliových buněk bylo při testech na myších citlivých na světlo.
Isacoff, Flannery a kolegové z UC Berkeley podají zprávu o svém úspěchu v článku, který bude publikován online 15. března. Komunikace z přírody.
“Mohl jsi to udělat před 20 lety”
Aby zvrátili slepotu u těchto myší, vědci navrhli virus k cílení gangliových buněk v sítnici a naložili jej genem pro opsin se zeleným kuželem (střední vlnovou délkou), receptor citlivý na světlo. Normálně je tento opsin exprimován pouze kuželovými fotoreceptorovými buňkami, což je činí citlivými na zelenožluté světlo. Když byl virus injikován do oka, přenesl gen do gangliových buněk, které jsou obvykle necitlivé na světlo, což je činí citlivými na světlo a jsou schopné vysílat signály do mozku, které jsou interpretovány jako vidění.
„Na hranici toho, že můžeme myši testovat, nelze bez speciálního vybavení rozlišit chování myší léčených optogeneticky od normálních myší,“ řekl Flannery. „Uvidíme, co se promění v pacienta.“
U myší byli vědci schopni dodat opsiny do většiny gangliových buněk v sítnici. K léčbě lidí budou muset vstříknout mnohem více virových částic, protože lidské oko obsahuje tisíckrát více gangliových buněk než myší oko. Tým UC Berkeley však vyvinul nástroje pro zlepšení přenosu virů a doufá, že nový světelný senzor vloží do stejně vysokých gangliových buněk, což odpovídá množství velmi vysokých počtů pixelů ve fotoaparátu.
Isacoff a Flannery našli jednoduché řešení po více než deseti letech experimentování se složitějšími schématy, jako je vložení geneticky upravených neurotransmiterových receptorů a fotocitlivých chemických přepínačů do přežívajících buněk sítnice. Ty fungovaly, ale nedosahovaly normální citlivosti zraku. Mikrobové opsiny testované jinde také měly nižší citlivost a vyžadovaly použití brýlí zesilujících světlo.
Aby zachytili vysokou citlivost přirozeného vidění, obrátili se Isacoff a Flannery k opsinům světelných receptorů fotoreceptorových buněk. Pomocí adeno-asociovaného viru (AAV), který přirozeně infikuje gangliové buňky, Flannery a Isacoff úspěšně přenesli gen pro retinální opsin do genomu gangliových buněk. Dříve slepé myši měly vidění na celý život.
“Provoz tohoto systému je opravdu, opravdu prospěšný, částečně proto, že je velmi jednoduchý,” řekl Isacoff. „Je ironií, že jste to mohli udělat před 20 lety.“
Isacoff a Flannery shánějí peníze, aby za tři roky přinesli genovou terapii k lidskému soudu. FDA schválila podobné systémy podávání AAV pro oční onemocnění u lidí s degenerativním onemocněním sítnice a bez lékařských alternativ.
Nemůžu pracovat
Podle Flanneryho a Isacoffa si většina lidí v zorném poli bude klást otázku, zda opsiny mohou fungovat i mimo specializované fotoreceptorové tyčinky a kužele. Povrch fotoreceptoru je zdoben opsiny (rodopsin a červené, zelené a modré kuželové opsiny) zabudovanými do složitého molekulárního stroje. Molekulární relé, signální kaskáda receptoru spřaženého s G-proteinem, zesiluje signál tak účinně, že dokážeme detekovat jednotlivé fotony světla. Když enzymový systém detekuje foton a je „vybělený“, znovu načte opsin. Uspořádání zpětné vazby přizpůsobuje systém různým jasům pozadí. A speciální iontový kanál generuje silný napěťový signál. Bylo rozumné mít podezření, že opsi nebude fungovat bez přepravy celého tohoto systému.
Ale Isacoff, který se specializuje na receptory spojené s G proteinem v nervovém systému, věděl, že většina z těchto částí existuje ve všech buňkách. Měl podezření, že se opsin automaticky připojí k signalizačnímu systému gangliových buněk v sítnici. Společně s Flannery testovali rhodopsin, který byl zpočátku citlivější na světlo než kuželové opsiny.
Když byl rhodopsin zaveden do gangliových buněk myší, jejichž hole a kužely byly úplně zdegenerovány a v důsledku toho oslepeny, zvířata znovu získala schopnost rozlišovat mezi tmou a světlem, dokonce i tlumeným světlem noci. pokoj, místnost. Ukázalo se však, že rhodopie je velmi pomalá a nerozpoznává obrázky a objekty.
Poté zkusili opsin ze zeleného kužele, který reagoval 10krát rychleji než rhodopsin. Myši překvapivě dokázaly rozlišit rovnoběžné čáry od vodorovných, od sebe vzdálené a široce rozmístěné (standardní úkol lidské ostrosti), pohybující se od pevných linií. Obnovený obraz byl tak citlivý, že iPady bylo možné použít pro vizuální zobrazení namísto mnohem jasnějších LED.
“To silně přineslo zprávu domů,” řekl Isacoff. “Koneckonců, jak úžasné by bylo pro nevidomé získat dovednosti čtení standardního počítačového monitoru, komunikace s videem a sledování filmů.”
Díky těmto úspěchům chtěli Isacoff a Flannery jít o krok dále a zjistit, zda by se zvířata mohla toulat po světě s obnovenou vizí. Překvapivě byl i zde zasažen zelený kužel opsinu. Slepé myši znovu získaly schopnosti provádět jedno ze svých nejpřirozenějších chování: rozpoznávat a zkoumat trojrozměrné objekty.
Poté položili otázku: „Co když člověk se starým zrakem vyjde zvenčí na jasnější světlo? Byl by oslepen světlem? “ Další překvapivá vlastnost systému se zde objevila, řekl Isacoff: Signální cesta opsinu se zeleným kuželem je v harmonii. Dříve slepá zvířata se přizpůsobovala změně jasu a byla schopná plnit úkol stejně jako vidět zvířata. Tato adaptace fungovala asi tisíckrát, což je v podstatě rozdíl mezi průměrným vnitřním a venkovním osvětlením.
“Když každý říká, že to nikdy nebude fungovat a vy se zblázníte, obvykle to znamená, že jste po něčem,” řekl Flannery. Jedna věc je, že první úspěšné obnovení vzorovaného vidění pomocí počítačové LCD obrazovky se jako první přizpůsobí změnám okolního světla a poskytne přirozené vidění objektu.
Tým UC Berkeley v současné době pracuje a testuje variace na toto téma, které mohou obnovit barevné vidění a dále zvyšovat ostrost a harmonii.
Práce byla podpořena Národním očním institutem Národních ústavů zdraví, Nanomedicine Development Center for Optical Control of Biological Function, Foundation for Combat Blindness, the Hope for Vision Foundation a Institute. Lowy lékařský výzkum.
