Oamenii de știință au introdus o genă pentru un receptor de lumină verde în ochii șoarecilor orbi și, o lună mai târziu, șoarecii navigau în jurul obstacolelor la fel de ușor ca și cei fără probleme de vedere.

Șoarecii au putut vedea mișcare, modificări de luminozitate pe o gamă de o mie de ori și detalii fine pe un iPad suficient pentru a distinge literele.

Cercetătorii spun că, în cel puțin trei ani, terapia genică - pe care au administrat-o printr-un virus inactiv - ar putea merge la testarea la oameni care au pierdut vederea din cauza degenerescenței retiniene, oferindu-le în mod ideal suficientă viziune pentru a se deplasa și potențial de refacere capacitatea lor de a citi sau de a viziona un videoclip.

„Ai injecta acest virus în ochiul unei persoane și, câteva luni mai târziu, ar fi văzut ceva”, spune Ehud Isacoff, profesor de biologie moleculară și celulară la Universitatea din California, Berkeley, și director al Helen Wills Institutul de Neuroștiințe.

„... cât de minunat ar fi ca nevăzătorii să-și recapete capacitatea de a citi un monitor standard de computer, de a comunica prin video, de a viziona un film.”

„Cu bolile neurodegenerative ale retinei, de multe ori toți oamenii încearcă să facă este să oprească sau să încetinească degenerarea ulterioară. Dar ceva care restabilește o imagine în câteva luni - este un lucru uimitor la care să ne gândim ”.

Aproximativ 170 de milioane de oameni din întreaga lume trăiesc cu degenerescență maculară legată de vârstă, care afectează una din 10 persoane cu vârsta peste 55 de ani, în timp ce 1.7 milioane de oameni din întreaga lume au cea mai comună formă de orbire moștenită, retinita pigmentară, care de obicei lasă oamenii orbi până la vârstă din 40.

„Am prieteni fără percepție asupra luminii, iar stilul lor de viață este dureros”, spune John Flannery, profesor de biologie moleculară și celulară, care face parte din facultatea Facultății de Optometrie.

„Trebuie să ia în considerare ceea ce oamenii văzători consideră de la sine. De exemplu, de fiecare dată când merg la un hotel, fiecare aspect al camerei este puțin diferit și au nevoie de cineva care să le plimbe prin cameră în timp ce își construiesc o hartă 3D în cap. Obiectele de zi cu zi, precum o măsuță de cafea joasă, pot reprezenta un pericol de cădere. Povara bolii este enormă în rândul persoanelor cu pierderi severe, invalidante ale vederii și pot fi primii candidați la acest tip de terapie. ”

Noua terapie presupune injectarea virusurilor inactivate în vitros pentru a transporta o genă direct în celulele ganglionare. Versiunile anterioare ale terapiei virale necesitau injectarea virusurilor sub retină (partea de jos). (Credit: John Flannery)

În prezent, opțiunile pentru astfel de pacienți sunt limitate la un implant electronic de ochi conectat la o cameră video care stă pe o pereche de ochelari - o configurație incomodă, invazivă și costisitoare, care produce o imagine pe retină care este echivalentă, în prezent, cu câteva sute pixeli. Viziunea normală și ascuțită implică milioane de pixeli.

Nici corectarea defectului genetic responsabil de degenerescența retiniană nu este simplă, deoarece există mai mult de 250 de mutații genetice diferite responsabile numai de retinita pigmentară. Aproximativ 90 la sută dintre acestea ucid celulele fotoreceptoare ale retinei - tijele, sensibile la lumina slabă și conurile, pentru percepția culorii la lumina zilei. Însă degenerescența retiniană economisește de obicei alte straturi de celule retiniene, inclusiv celulele bipolare și ganglionare retiniene, care pot rămâne sănătoase, deși insensibile la lumină, timp de decenii după ce oamenii devin total orbi.

În studiile efectuate la șoareci, cercetătorii au reușit să facă 90% din celulele ganglionare sensibile la lumină.

Un sistem simplu

Pentru a inversa orbirea acestor șoareci, cercetătorii au conceput un virus care vizează celulele ganglionare ale retinei și l-au încărcat cu gena pentru un receptor sensibil la lumină, conul verde (lungime de undă medie) opsin. În mod normal, numai celulele fotoreceptoare conic exprimă această opsină și le fac sensibile la lumina verde-galbenă. Când cercetătorii au injectat-o ​​în ochi, virusul a transportat gena în celulele ganglionare, care sunt în mod normal insensibile la lumină și le-au făcut sensibile la lumină și capabile să trimită semnale către creier pe care le-a interpretat ca fiind vedere.

„Până la limitele pe care le putem testa șoarecii, nu puteți spune comportamentul șoarecilor tratați optogenetic de la șoarecii normali fără echipament special”, spune Flannery. „Rămâne de văzut la ce se traduce acest lucru la un pacient.”

La șoareci, cercetătorii au administrat opsinele la majoritatea celulelor ganglionare din retină. Pentru a trata oamenii, ar trebui să injecteze mai multe particule de virus, deoarece ochiul uman conține de mii de ori mai multe celule ganglionare decât ochiul șoarecelui. Dar echipa a dezvoltat mijloacele de îmbunătățire a livrării virale și speră să introducă noul senzor de lumină într-un procent similar de celule ganglionare, o cantitate echivalentă cu numărul foarte mare de pixeli dintr-o cameră.

Liniile portocalii urmăresc mișcarea șoarecilor în primul minut după ce cercetătorii i-au pus într-o cușcă ciudată. Șoarecii orbi (sus) păstrează cu grijă la colțuri și părți laterale, în timp ce șoarecii tratați (mijloc) explorează cușca aproape la fel de mult ca șoarecii cu vedere normală (jos). (Credit: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff și Flannery au ajuns la soluția simplă după mai mult de un deceniu de încercări a unor scheme mai complicate, inclusiv introducerea în celulele retiniene supraviețuitoare a combinațiilor de receptori de neurotransmițătoare modificate genetic și a comutatoarelor chimice sensibile la lumină. Acestea au funcționat, dar nu au atins sensibilitatea vederii normale. Opsinele de la microbii testați în altă parte au, de asemenea, o sensibilitate mai mică, necesitând utilizarea unor ochelari de amplificare a luminii.

Pentru a surprinde sensibilitatea ridicată a vederii naturale, cercetătorii s-au orientat către receptorul luminos opsins al celulelor fotoreceptoare. Folosind un virus adeno-asociat care infectează în mod natural celulele ganglionare, acestea au livrat cu succes gena pentru o opsină retiniană în genomul celulelor ganglionare. Șoarecii orbi anterior au dobândit o viziune care a durat o viață întreagă.

„Faptul că acest sistem funcționează este într-adevăr foarte satisfăcător, în parte pentru că este și foarte simplu”, spune Isacoff. „În mod ironic, ai fi putut face asta acum 20 de ani.”

Cercetătorii strâng fonduri pentru a duce terapia genetică într-un proces uman în termen de trei ani. Sisteme similare de livrare AAV au fost aprobate de FDA pentru bolile de ochi la persoanele cu afecțiuni retiniene degenerative și care nu au alternativă medicală.

Sfidând șansele

Potrivit lui Flannery și Isacoff, majoritatea oamenilor din câmpul vizual s-ar pune la îndoială dacă opsinele ar putea funcționa în afara celulelor lor fotoreceptoare cu tijă și con specializate. Suprafața unui fotoreceptor este decorată cu opsine - rodopsină în tije și opsine roșii, verzi și albastre în conuri - încorporate într-o mașină moleculară complicată. Un releu molecular - cascada de semnalizare a receptorului cuplat cu proteina G - amplifică semnalul atât de eficient încât suntem capabili să detectăm fotoni unici de lumină.

Un sistem enzimatic reîncarcă opsina odată ce detectează fotonul și devine „albit”. Reglarea feedback-ului adaptează sistemul la luminozități de fundal foarte diferite. Și un canal ionic specializat generează un semnal de tensiune puternic. Fără transplantarea întregului sistem, era rezonabil să bănuim că opsinul nu va funcționa.

Într-o retină normală, fotoreceptorii - tije (albastru) și conuri (verzi) - detectează semnalele luminoase și de releu către alte straturi ale ochiului, care se termină în celulele ganglionare (violet), care vorbesc direct cu centrul de viziune al creierului. (Credit: UC Berkeley)

Dar Isacoff, care este specializat în receptorii cuplați de proteine ​​G din sistemul nervos, știa că multe dintre aceste părți există în toate celulele. Bănuia că o opsină se va conecta automat la sistemul de semnalizare a celulelor ganglionare ale retinei. Împreună, el și Flannery au încercat inițial rodopsina, care este mai sensibilă la lumină decât opsinele conului.

Spre bucuria lor, când au introdus rodopsina în celulele ganglionare ale șoarecilor ale căror lansete și conuri degeneraseră complet și care, în consecință, erau orbi, animalele și-au recăpătat abilitatea de a spune întunericul din lumină - chiar și lumina slabă a camerei. Dar rodopsina sa dovedit a fi prea lentă și a eșuat în recunoașterea imaginilor și obiectelor.

Au încercat apoi opsina conului verde, care a răspuns de 10 ori mai repede decât rodopsina. În mod remarcabil, șoarecii au fost capabili să distingă liniile paralele de liniile orizontale, liniile strâns distanțate versus distanțate larg (o sarcină standard de acuitate umană), liniile în mișcare față de liniile staționare. Viziunea restaurată a fost atât de sensibilă încât iPad-urile ar putea fi utilizate pentru afișajele vizuale în loc de LED-uri mult mai luminoase.

„Acest lucru a adus puternic mesajul acasă”, spune Isacoff. „La urma urmei, cât de minunat ar fi ca nevăzătorii să recâștige capacitatea de a citi un monitor standard de computer, de a comunica prin video, de a viziona un film.”

Aceste succese au făcut ca Isacoff și Flannery să dorească să meargă un pas mai departe și să afle dacă animalele ar putea naviga în lume cu o viziune restabilită. În mod izbitor, și aici, opsinul conului verde a fost un succes. Șoarecii care fuseseră orbi și-au recăpătat capacitatea de a efectua unul dintre cele mai naturale comportamente: recunoașterea și explorarea obiectelor tridimensionale.

Apoi au pus întrebarea: „Ce s-ar întâmpla dacă o persoană cu vedere restaurată ar ieși în aer liber într-o lumină mai puternică? Ar fi orbiți de lumină? ” Aici, a apărut o altă caracteristică izbitoare a sistemului, Isacoff spune: Calea de semnalizare a conului verde opsin se adaptează. Animalele orbe anterior s-au adaptat la schimbarea luminozității și ar putea îndeplini sarcina la fel de bine ca animalele cu vedere. Această adaptare a funcționat într-un interval de aproximativ o mie de ori - diferența, în esență, între iluminarea medie interioară și cea exterioară.

„Când toată lumea spune că nu va funcționa niciodată și că ești nebun, de obicei asta înseamnă că te afli în ceva”, spune Flannery. Într-adevăr, acest lucru echivalează cu prima restaurare reușită a vederii modelate folosind un ecran de computer LCD, primul care se adaptează la schimbările de lumină ambientală și primul care restabilește vederea obiectelor naturale.

Cercetarea apare în Natura Comunicaţii. Echipa lucrează acum la testarea variațiilor pe tema care ar putea restabili vederea culorilor și ar putea crește în continuare acuitatea și adaptarea. Institutul Național al Ochilor al Institutelor Naționale de Sănătate, Centrul de Dezvoltare a Nanomedicinei pentru Controlul Optic al Funcției Biologice, Fundația pentru Combaterea Orbirii, Fundația Speranța pentru Viziune și Institutul de Cercetări Medicale Lowy au sprijinit cercetarea.

Sursa: UC Berkeley

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon