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研究人員發現基因療法可恢復人類視力

2019/3/19編輯:Ma Liang 人氣:1923

[導讀]基因治療 - 通過滅活病毒傳播 - 可以用于因視網膜變性而失明的人,理想情況下給予他們足夠的視力來移動并可能恢復他們閱讀或觀看視頻的能力。

       加利福尼亞大學伯克利分校的科學家們將一種綠光受體基因插入到盲人的眼睛中,一個月后,他們像沒有視力問題的老鼠一樣在障礙物周圍航行。他們能夠在iPad上看到運動,亮度變化超過千倍的范圍和細節,足以區分字母。

       研究人員表示,在短短三年內,基因治療 - 通過滅活病毒傳播 - 可以用于因視網膜變性而失明的人,理想情況下給予他們足夠的視力來移動并可能恢復他們閱讀或觀看視頻的能力。

       加州大學伯克利分校和細胞生物學教授,海倫威爾斯神經科學研究所所長埃胡德·伊薩科夫說:“你會把這種病毒注射到一個人的眼中,幾個月之后,他們會看到一些東西。” “對于視網膜的神經退行性疾病,通常所有人都試圖停止或減緩進一步的退化。但是在幾個月內恢復形象的東西 - 這是一件值得思考的事情。”

       全世界約有1.7億人患有與年齡相關的黃斑變性,其中每10人中就有一人超過55歲,而全世界有170萬人患有最常見的遺傳性失明癥 - 視網膜色素變性,這通常會使人失明40。

       加州大學伯克利分校和細胞生物學教授約翰弗蘭納里說:“我有沒有光感的朋友,他們的生活方式讓人心痛。” “他們必須考慮看到的人認為理所當然。例如,每次他們去酒店時,每個房間的布局都有點不同,他們需要有人在他們頭腦中制作3D地圖的同時在房間里走動日常用品,如低矮的咖啡桌,可能是一種墮落的危險。嚴重的,致殘性視力喪失的患者的疾病負擔是巨大的,他們可能是這種治療的第一批候選人。

       目前,此類患者的選擇僅限于連接到坐在一副眼鏡上的攝像機的電子眼植入物 - 一種笨拙,侵入性和昂貴的設置,在視網膜上產生圖像,目前相當于一些百像素。正常,銳利的視覺涉及數百萬像素。

       糾正導致視網膜變性的遺傳缺陷也不是直截了當的,因為僅有250多種不同的基因突變導致視網膜色素變性。其中約90%會殺死視網膜的感光細胞 - 對昏暗的光敏感的視桿和視錐細胞,用于日光色彩感知。但視網膜變性通常會使視網膜細胞的其他層面不受影響,包括雙極和視網膜神經節細胞,這些細胞在人們完全失明后數十年才能保持健康,雖然對光線不敏感。

       在他們的小鼠試驗中,加州大學伯克利分校的團隊成功地使90%的神經節細胞對光敏感。

      Isacoff,Flannery及其加州大學伯克利分校的同事將在3月15日的“ 自然通訊”網絡版上發表一篇文章報道他們的成功。

     “你可以在20年前做到這一點”

       為了逆轉這些小鼠的失明,研究人員設計了一種靶向視網膜神經節細胞的病毒,并將其加載到光敏感受體的基因中,綠色(中等波長)視錐細胞視蛋白。通常,該視蛋白僅由視錐感光細胞表達,并使其對綠黃色光敏感。當注射到眼睛中時,病毒將基因攜帶到通常對光不敏感的神經節細胞中,并使它們對光敏感并且能夠向大腦發送被解釋為視覺的信號。

       “對于我們可以測試小鼠的極限,你不能告訴光學處理小鼠的行為來自沒有特殊設備的正常老鼠,”弗蘭納里說。“還有待觀察病人的轉化情況。”

       在小鼠中,研究人員能夠將視蛋白傳遞給視網膜中的大多數神經節細胞。為了治療人類,他們需要注射更多的病毒顆粒,因為人眼比小鼠眼睛含有數千倍的神經節細胞。但加州大學伯克利分校的團隊已經開發出增強病毒傳遞的方法,并希望將新的光傳感器插入到同樣高百分比的神經節細胞中,這相當于相機中非常高的像素數。

       經過十多年的嘗試更復雜的方案,包括插入遺傳工程神經遞質受體和光敏化學開關的幸存視網膜細胞組合,Isacoff和Flannery得出了簡單的解決辦法。這些工作,但沒有達到正常視力的敏感性。來自其他地方測試的微生物的Opsins也具有較低的靈敏度,需要使用光放大護目鏡。

       黃斑變性的第一次基因治療手術是成功的

      為了捕捉自然視覺的高靈敏度,Isacoff和Flannery轉向光感受器細胞的光受體視蛋白。使用天然感染神經節細胞的腺相關病毒(AAV),Flannery和Isacoff成功地將視網膜視蛋白的基因傳遞到神經節細胞的基因組中。先前失明的老鼠獲得持續一生的視力。

      “這個系統真的非常令人滿意,部分原因在于它也非常簡單,”Isacoff說道。“具有諷刺意味的是,你可以在20年前做到這一點。”

       Isacoff和Flannery正籌集資金,在三年內將基因療法納入人體試驗。類似的AAV遞送系統已被FDA批準用于患有退行性視網膜病癥且沒有醫學替代品的人的眼病。

它不可能奏效。

       根據Flannery和Isacoff的說法,視力領域的大多數人都會質疑視蛋白是否可以在他們專門的視桿細胞和錐形感光細胞之外工作。感光器的表面裝飾有視蛋白 - 棒中的視紫紅質和視錐細胞中的紅色,綠色和藍色視蛋白 - 嵌入在復雜的分子機器中。分子中繼--G蛋白偶聯受體信號級聯 - 有效地放大信號,使我們能夠檢測單個光子。一旦酶檢測到光子并且變為“漂白”,酶系統就會對視蛋白進行再充電。反饋調節使系統適應不同的背景亮度。并且專門的離子通道產生有效的電壓信號。如果不移植整個系統,懷疑操作不起作用是合理的。

       但Isacoff專門研究神經系統中的G蛋白偶聯受體,他知道所有細胞中都存在許多這些部位。他懷疑視蛋白會自動連接到視網膜神經節細胞的信號系統。他和Flannery最初一起嘗試了視紫紅質,它比光視蛋白更敏感。

       令他們高興的是,當視紫紅質被引入小鼠的神經節細胞時,它們的桿和視 錐細胞完全退化,并且因此失明,這些動物重新獲得了從光線中暗示黑暗的能力 - 甚至是微弱的室內光線。但視紫紅質結果太慢,在圖像和物體識別方面都失敗了。

       然后他們嘗試了綠色錐形視蛋白,其響應速度比視紫紅質快10倍。值得注意的是,這些老鼠能夠區分平行線和水平線,線間距離較遠(標準人類視敏度任務),移動線與靜止線。恢復的視野非常敏感,iPad可以用于視覺顯示而不是更亮的LED。

       “這有力地將信息帶回家,”伊薩科夫說。“畢竟,盲人重新獲得閱讀標準電腦顯示器,通過視頻進行交流,觀看電影的能力是多么美妙。”

       這些成功使得Isacoff和Flannery想要更進一步,并找出動物是否可以在視力恢復的世界中航行。引人注目的是,綠錐視覺也是成功的。盲目的老鼠重新獲得了執行其最自然行為的能力:識別和探索三維物體。

       然后他們問了一個問題,“如果視力恢復的人到戶外進入更明亮的光線會怎么樣?他們會被光線蒙蔽嗎?” 在這里,該系統的另一個顯著特征出現,Isacoff說:綠錐視網膜信號通路適應。以前盲目適應亮度變化的動物可以像看見動物一樣完成任務。這種適應性工作在大約一千倍的范圍內 - 差別在于平均室內和室外照明之間的差異。

       弗蘭納里說:“當每個人都說它永遠不會起作用而且你瘋了,通常這就意味著你要做點什么。” 實際上,這相當于使用LCD計算機屏幕首次成功恢復圖案視覺,第一個適應環境光的變化,第一個恢復自然物體視覺。

       加州大學伯克利分校的團隊現在正在測試主題的變化,這些變化可以恢復色彩視覺并進一步提高敏銳度和適應性。

本文來源:生物幫                                                                                    編輯:FANGHUIJIE

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(來源: 生物幫 )

標簽:基因,蛋白,檢測

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