Слепые мыши возвращают зрение после введения гена

Слепые мыши возвращают зрение после введения генаУченые вставили ген для рецептора зеленого света в глаза слепых мышей, и через месяц мыши справлялись с препятствиями так же легко, как и без проблем со зрением.

Мыши могли видеть движение, изменения яркости в тысячи раз и мелкие детали на iPad, чтобы различать буквы.

Исследователи говорят, что всего через три года генная терапия, которую они проводили с помощью неактивного вируса, может пойти на тестирование на людях, потерявших зрение из-за дегенерации сетчатки, в идеале предоставляя им достаточно зрения, чтобы двигаться и потенциально восстанавливать их способность читать или смотреть видео.

«Вы бы ввели этот вирус в глаза человека, и через пару месяцев они увидят что-то», - говорит Эхуд Исакофф, профессор молекулярной и клеточной биологии в Университете Калифорнии, Беркли, и директор Helen Wills. Институт неврологии.

«… Как здорово было бы слепым людям восстановить способность читать стандартный монитор компьютера, общаться по видео, смотреть фильм».

«При нейродегенеративных заболеваниях сетчатки часто все, что люди пытаются сделать, это остановить или замедлить дальнейшую дегенерацию. Но то, что восстанавливает образ через несколько месяцев - это удивительная вещь для размышления ».

Около миллиона человек во всем мире живут с возрастной макулярной дегенерацией, которая поражает одного человека в возрасте старше 170 у 10, в то время как у миллионов людей во всем мире наблюдается наиболее распространенная форма наследственной слепоты - пигментный ретинит, который обычно делает людей слепыми с возрастом. из 55.

«У меня есть друзья без легкого восприятия, и их образ жизни душераздирающий», - говорит Джон Фланнери, профессор молекулярной и клеточной биологии, преподаватель факультета оптометрии.

«Они должны учитывать то, что зрячие люди принимают как должное. Например, каждый раз, когда они идут в гостиницу, расположение каждой комнаты немного отличается, и им нужен кто-то, кто бы обошел их по комнате, пока они строят карту 3D в своей голове. Предметы повседневного обихода, такие как низкий журнальный столик, могут представлять опасность падения. Бремя болезней огромно среди людей с тяжелой, инвалидизирующей потерей зрения, и они могут быть первыми кандидатами на такую ​​терапию ».

Слепые мыши возвращают зрение после введения генаНовая терапия включает инъекцию инактивированных вирусов в стекловидное тело для переноса гена непосредственно в ганглиозные клетки. Более ранние версии вирусной терапии требовали инъекции вирусов под сетчатку (внизу). (Фото: Джон Фланнери)

В настоящее время варианты для таких пациентов ограничены электронным глазным имплантатом, подключенным к видеокамере, которая установлена ​​на пару очков, - неудобной, инвазивной и дорогой установкой, которая создает изображение на сетчатке, которое в настоящее время эквивалентно нескольким сотням пиксели. Нормальное, четкое зрение включает в себя миллионы пикселей.

Исправление генетического дефекта, ответственного за дегенерацию сетчатки, также не является простым, поскольку существует более чем 250 различных генетических мутаций, ответственных только за пигментный ретинит. Около 90 процентов из них убивают фоторецепторные клетки сетчатки - палочки, чувствительные к тусклому свету, и колбочки для восприятия цвета при дневном свете. Но дегенерация сетчатки обычно щадит другие слои клеток сетчатки, в том числе биполярные и ганглиозные клетки сетчатки, которые могут оставаться здоровыми, хотя и нечувствительными к свету, в течение десятилетий после того, как люди становятся полностью слепыми.

В своих исследованиях на мышах исследователям удалось сделать процент ганглиозных клеток 90 светочувствительным.

Простая система

Чтобы устранить слепоту у этих мышей, исследователи разработали вирус, нацеленный на ганглиозные клетки сетчатки, и загрузили его геном для светочувствительного рецептора, зеленого (средней длины волны) опсина конуса. Обычно только конические фоторецепторные клетки экспрессируют этот опсин, и он делает их чувствительными к зелено-желтому свету. Когда исследователи вводили его в глаз, вирус переносил ген в ганглиозные клетки, которые обычно нечувствительны к свету, и делал их светочувствительными и мог посылать сигналы в мозг, которые он интерпретировал как зрение.

«Насколько мы можем тестировать мышей, вы не можете отличить поведение мышей, получавших оптогенет, от нормальных мышей без специального оборудования», - говорит Фланнери. «Еще неизвестно, что это означает для пациента».

У мышей исследователи доставляли опсины большинству ганглиозных клеток сетчатки. Чтобы лечить людей, им нужно вводить гораздо больше вирусных частиц, потому что человеческий глаз содержит в тысячи раз больше ганглиозных клеток, чем глаз мыши. Но команда разработала средства для улучшения доставки вируса и надеется вставить новый датчик освещенности в такой же высокий процент ганглиозных клеток, количество, эквивалентное очень большому количеству пикселей в камере.

Слепые мыши возвращают зрение после введения генаОранжевые линии отслеживают движение мышей в течение первой минуты после того, как они поместили их в странную клетку. Слепые мыши (вверху) осторожно держатся за углы и бока, в то время как обработанные мыши (в центре) исследуют клетку почти так же, как нормальные зрячие мыши (внизу). (Фото: Эхуд Исакофф / Джон Фланнери)

Исакофф и Фланнери пришли к простому решению после более чем десятилетней попытки попробовать более сложные схемы, включая включение в выжившие клетки сетчатки комбинаций генно-инженерных рецепторов нейротрансмиттеров и светочувствительных химических переключателей. Они работали, но не достигли чувствительности нормального зрения. Опсины из микробов, протестированных в других местах, также имели более низкую чувствительность, что требовало использования очков, усиливающих свет.

Чтобы уловить высокую чувствительность естественного зрения, исследователи обратились к опсинам рецепторов света фоторецепторных клеток. Используя аденоассоциированный вирус, который естественным образом заражает ганглиозные клетки, они успешно доставили ген опсина сетчатки в геном ганглиозных клеток. Ранее слепые мыши приобрели зрение, которое длилось всю жизнь.

«То, что эта система работает, действительно, очень приятно, отчасти потому, что она также очень проста», - говорит Исакофф. «По иронии судьбы, вы могли бы сделать это 20 лет назад».

Исследователи собирают средства для проведения генной терапии на людях в течение трех лет. Подобные системы доставки AAV были одобрены FDA для глазных заболеваний у людей с дегенеративными заболеваниями сетчатки и у которых нет медицинской альтернативы.

Не смотря на шансы

Согласно Фланнери и Исакоффу, большинство людей в области зрения будут сомневаться в том, могут ли опсины работать вне их специализированных фоторецепторных клеток палочек и колбочек. Поверхность фоторецептора украшена опсинами - родопсином в палочках и красными, зелеными и синими опсинами в колбочках - встроенными в сложную молекулярную машину. Молекулярное реле - сигнальный каскад, связанный с G-белком, - усиливает сигнал настолько эффективно, что мы можем обнаружить отдельные фотоны света.

Ферментная система перезаряжает опсин, как только он обнаруживает фотон и становится «обесцвеченным». Регулирование обратной связи адаптирует систему к очень различным фоновым яркостям. И специализированный ионный канал генерирует мощный сигнал напряжения. Без пересадки всей этой системы было бы разумно предположить, что опсин не будет работать.

Слепые мыши возвращают зрение после введения генаВ нормальной сетчатке фоторецепторы - палочки (синие) и колбочки (зеленые) - обнаруживают свет и ретранслируют сигналы в другие слои глаза, заканчиваясь в клетках ганглия (фиолетового цвета), которые напрямую взаимодействуют с центром зрения мозга. (Фото: Калифорнийский университет в Беркли)

Но Исакофф, который специализируется на G-белковых рецепторах в нервной системе, знал, что многие из этих частей существуют во всех клетках. Он подозревал, что опсин будет автоматически подключаться к сигнальной системе ганглиозных клеток сетчатки. Вместе он и Фланнери сначала попробовали родопсин, который более чувствителен к свету, чем конусные опсины.

К их удовольствию, когда они вводили родопсин в ганглиозные клетки мышей, чьи палочки и колбочки полностью дегенерировали и, следовательно, были слепыми, животные вновь обрели способность различать темный свет - даже слабый комнатный свет. Но родопсин оказался слишком медленным и не смог распознать изображение и объект.

Затем они попробовали опсин зеленого конуса, который реагировал на 10 раз быстрее, чем родопсин. Примечательно, что мыши были способны различать параллельные и горизонтальные линии, линии, расположенные близко друг к другу и широко расположенные (стандартная задача для человека), движущиеся линии по сравнению со стационарными линиями. Восстановленное зрение было настолько чувствительным, что вместо визуально более ярких светодиодов можно было использовать iPad.

«Это сильно донесло послание до дома», - говорит Исакофф. «В конце концов, как здорово было бы слепым людям восстановить способность читать стандартный монитор компьютера, общаться по видео, смотреть фильм».

Эти успехи заставили Исакова и Фланнери пойти дальше и выяснить, могут ли животные перемещаться по миру с восстановленным зрением. Поразительно, но и здесь зеленый опсин конуса имел успех. Мыши, которые были слепыми, восстановили свою способность выполнять одно из своих самых естественных поведений: распознавание и исследование трехмерных объектов.

Затем они задали вопрос: «Что произойдет, если человек с восстановленным зрением выйдет на улицу при ярком свете? Будут ли они ослеплены светом? »Здесь, по словам Исакоффа, появилась еще одна поразительная особенность системы:« Сигнальный путь опсина зеленого конуса адаптируется. Животные, ранее слепые, приспосабливались к изменению яркости и могли выполнять задачу так же, как и зрячие животные. Эта адаптация работала в диапазоне примерно в тысячу раз - разница, по сути, между средним внутренним и наружным освещением.

«Когда все говорят, что это никогда не сработает и что ты сумасшедший, обычно это означает, что ты на чем-то намекаешь, - говорит Фланнери. Действительно, это что-то значит для первой успешной реставрации шаблонного зрения с использованием ЖК-экрана компьютера, первой для адаптации к изменениям внешнего освещения и первой для восстановления естественного видения объекта.

Исследование появляется в Природа связи, Сейчас команда на работе тестирует вариации на тему, которые могут восстановить цветовое зрение и еще больше повысить остроту зрения и адаптацию. Исследователи поддержали Национальный институт глаз Национального института здоровья, Центр развития наномедицины для оптического контроля биологической функции, Фонд борьбы со слепотой, Фонд «Надежда на зрение» и Научно-исследовательский институт медицинских исследований Lowy.

источник: Калифорнийский университет в Беркли

Книги по этой теме

{amazonWS: searchindex = Книги; ключевые слова = лечение слепоты; maxresults = 3}

enafarZH-CNzh-TWtlfrdehiiditjamsptrues

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Файл 20190104 32121 x60llu.jpg? Ixlib = rb 1.1
Как идеалы тела формируют здоровье геев
by Филипп Джой и Мэтью Нумер
Три стадии стресса: тревога, сопротивление, истощение
Три стадии стресса: тревога, сопротивление, истощение
by Марианна Тейтельбаум, округ Колумбия
Как кибератаки переписывают правила современной войны
Как кибератаки переписывают правила современной войны
by Василейос Карагианнопулос и Марк Лейзер