Forskare infogade en gen för en grön-ljusreceptor i blinda möss ögon och en månad senare navigerade musen runt hinder så lätt som de utan synproblem.

Mössen kunde se rörelse, ljusstyrkan förändras över tusenfaldigt intervall och fina detaljer på en iPad som är tillräckliga för att skilja bokstäver.

Forskarna säger att inom så lite som tre år kan genterapin - som de levererade via ett inaktivt virus - gå till testning hos människor som har förlorat syn på grund av retinal degenerering, vilket ger dem tillräckligt visioner att flytta runt och eventuellt återställa deras förmåga att läsa eller titta på en video.

"Du skulle injicera detta virus i en persons öga och några månader senare skulle de se något", säger Ehud Isacoff, professor i molekylär- och cellbiologi vid University of California, Berkeley och chef för Helen Wills Neurovetenskap institutet.

"... hur underbart det skulle vara för blinda att återfå förmågan att läsa en vanlig dataskärm, kommunicera med video, titta på en film."

"Med neurodegenerativa sjukdomar i näthinnan, är ofta alla människor som försöker göra stannar eller långsammare ytterligare degenerering. Men något som återställer en bild om några månader - det är en fantastisk sak att tänka på. "

Omkring 170 miljoner människor över hela världen lever med åldersrelaterad makuladegenerering, som slår en hos 10-personer över 55, medan 1.7 miljoner människor världen över har den vanligaste formen av ärftblindhet, retinitpigmentosa som vanligtvis lämnar människor blinda efter åldern av 40.

"Jag har vänner med ingen ljusuppfattning, och deras livsstil är hjärtskärande", säger John Flannery, en professor i molekylär och cellbiologi som är på fakulteten för optometri.

"De måste överväga vilka synade människor som tar för givet. Till exempel, varje gång de går till ett hotell, är varje rums layout lite annorlunda, och de behöver någon att gå runt i rummet medan de bygger en 3D-karta i huvudet. Vardagliga föremål, som ett lågt soffbord, kan vara en fallande fara. Sjukbördan är enorm bland personer med svår, nedsatt synförlust, och de kan vara de första kandidaterna för denna typ av terapi. "

Den nya terapin innebär att injicera inaktiverade virus i glasögonet för att bära en gen direkt i ganglionceller. Tidigare versioner av viral terapi krävde injektion av virusen under näthinnan (botten). (Kredit: John Flannery)

För tillfället är alternativ för sådana patienter begränsade till ett elektroniskt ögonimplantat anslutet till en videokamera som sitter på ett par glasögon - en besvärlig, invasiv och dyr inställning som ger en bild på näthinnan som motsvarar för närvarande några hundra pixlar. Normal, skarp syn innebär miljoner pixlar.

Korrigering av den genetiska defekten som är ansvarig för retinal degenerering är inte heller okomplicerad, eftersom det finns mer än 250 olika genetiska mutationer som är ansvariga för retinitpigmentosa ensam. Om 90 procent av dessa dödar näthinnans fotoreceptorceller-stavarna, känsliga för svagt ljus och konerna, för dagsljusfärgsuppfattning. Men retinal degeneration sparar vanligtvis andra lager av retinala celler, inklusive bipolär och retinal ganglionceller, som kan förbli friska, men okänsliga för ljus, i årtionden efter att människor blivit helt blinda.

I sina studier i möss lyckades forskarna göra 90-procenten av ganglionceller ljuskänsliga.

Ett enkelt system

För att återvända blindhet i dessa möss konstruerade forskarna ett virus riktade mot retinala ganglionceller och laddade det med genen för en ljuskänslig receptor, den gröna (medelvåglängden) koninoptin. Normalt uttrycker endast kottfotoreceptorceller detta opsin och det gör dem känsliga för grönt-gult ljus. När forskare injicerade det i ögat, bar viruset genen i ganglionceller, som normalt är okänsliga för ljus, och gjorde dem ljuskänsliga och kunde skicka signaler till hjärnan som det tolkade som syn.

"Till de gränser som vi kan testa mössen kan du inte berätta för de optogenetiskt behandlade mössens beteende från normala möss utan speciell utrustning", säger Flannery. "Det återstår att se vad det översätter till hos en patient."

I möss levererade forskarna opisins till de flesta av ganglioncellerna i näthinnan. För att behandla människor, skulle de behöva injicera många fler viruspartiklar eftersom det mänskliga ögat innehåller tusentals gånger mer ganglionceller än musöglan. Men laget har utvecklat metoderna för att förbättra viral leverans och hoppas kunna infoga den nya ljussensorn i en lika hög procentandel av ganglionceller, en mängd som motsvarar de mycket höga pixelnumren i en kamera.

De orange linjerna spårar rörelsen av möss under den första minuten efter att forskarna lade dem in i en konstig bur. Blindmöss (övre) håll försiktigt i hörnen och sidorna, medan behandlade möss (mitten) utforskar buret nästan lika mycket som vanliga sysselsatta möss (botten). (Kredit: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff och Flannery kom på den enkla lösningen efter mer än ett decennium av att försöka mer komplicerade system, inklusive införande i överlevande retinala celler kombinationer av genetiskt konstruerade neurotransmittor receptorer och ljuskänsliga kemiska omkopplare. Dessa fungerade, men uppnådde inte känsligheten av normal vision. Opsins från mikrober som testats på andra ställen hade också lägre känslighet, vilket kräver användning av ljusförstärkande skyddsglasögon.

För att fånga den höga känsligheten av naturlig vision vände forskarna sig till ljusreceptoropinet hos fotoreceptorceller. Genom att använda ett adenoassocierat virus som naturligt infekterar ganglionceller, gav de framgångsrikt genen för en retinal opsin i genomet av ganglioncellerna. De tidigare blinda mössen förvärvade visionen som varade en livstid.

"Att detta system fungerar är verkligen, verkligen tillfredsställande, delvis för att det också är mycket enkelt, säger Isacoff. "Ironiskt nog kan du ha gjort det här 20 år sedan."

Forskarna tar upp medel för att ta genterapin i en mänsklig prövning inom tre år. Liknande AAV-leveranssystem har godkänts av FDA för ögonsjukdomar hos personer med degenerativa retinala tillstånd och som inte har något medicinskt alternativ.

Defying oddsna

Enligt Flannery och Isacoff skulle de flesta i synfältet ifrågasätta huruvida opsins skulle kunna arbeta utanför sina specialiserade stång- och konfotoreceptorceller. Ytan på en fotoreceptor är dekorerad med opins-rhodopsin i stavar och röda, gröna och blå opsins i kuvert-inbäddade i en komplicerad molekylmaskin. Ett molekylärt relä - den G-proteinkopplade receptorsignaleringskaskaden förstärker signalen så effektivt att vi kan detektera ljusfotoner.

Ett enzymsystem laddar opsinet när det upptäcker foton och blir "blekt." Feedbackreglering anpassar systemet till mycket olika bakgrundsljusstyrkor. Och en specialiserad jonkanal alstrar en stark spänningssignal. Utan att transplantera hela systemet var det rimligt att misstänka att opsin inte skulle fungera.

I en normal näthinne, fotoreceptorer - stavar (blå) och kottar (grön) - upptäcka ljus- och reläsignalerna till andra skikt av ögat, som slutar i ganglioncellerna (lila), som pratar direkt till hjärnans visioncenter. (Kredit: UC Berkeley)

Men Isacoff, som specialiserat sig på G-proteinkopplade receptorer i nervsystemet, visste att många av dessa delar finns i alla celler. Han misstänkte att en opsin automatiskt skulle ansluta sig till signalsystemet hos retinala ganglioncellerna. Tillsammans försökte han och Flannery inledningsvis rhodopsin, som är mer känslig för ljus än konus opsins.

Till sin glädje återfåde djuren, när de introducerade rodopinin i muskelens ganglionceller, vars stavar och kottar hade fullständigt degenererade, och som följaktligen var blinda, återfå förmågan att berätta mörkt från ljus jämnt svagt rumslys. Men rhodopsin visade sig vara för långsam och misslyckades i bild och objektigenkänning.

De försökte sedan grön konus opsin, som svarade 10 gånger snabbare än rhodopsin. Anmärkningsvärt kunde mössen skilja parallell från horisontella linjer, linjer som var nära åtskilda mot breddavstånd (en standard mänsklig skärpa uppgift), rörledningar kontra stationära linjer. Den återställda visionen var så känslig att iPads kunde användas för de visuella bildskärmarna istället för mycket ljusare lysdioder.

"Detta tog kraftigt budskapet hem," säger Isacoff. "Hur underbart det skulle vara för blinda människor att återfå förmågan att läsa en vanlig dataskärm, kommunicera med video, titta på en film."

Dessa framgångar gjorde att Isacoff och Flannery vill gå ett steg längre och ta reda på om djur kan navigera i världen med återställd syn. Påfallande, här var också den gröna konusinställningen en framgång. Möss som blivit blind återfick sin förmåga att utföra ett av deras mest naturliga beteenden: erkänna och utforska tredimensionella föremål.

De frågade sedan frågan: "Vad skulle hända om en person med återställd syn gick utomhus i ljusare ljus? Skulle de bli blinda av ljuset? "Här uppstod en annan slående egenskap av systemet, säger Isacoff: Signalvägen för den gröna konusinställningen anpassar sig. Djur som tidigare blinda justerade till ljusstyrka förändringen och kan utföra uppgiften lika väl som synliga djur. Denna anpassning fungerade över ett intervall av ungefär tusenfaldig - skillnaden i huvudsak mellan genomsnittlig inomhus- och utomhusbelysning.

"När alla säger att det aldrig kommer att fungera och att du är galen, betyder det oftast att du är på något", säger Flannery. Det betyder faktiskt det första framgångsrika restaureringen av mönstrad vision med hjälp av en LCD-datorskärm, den första som anpassar sig till förändringar i omgivande ljus och den första för att återställa naturobjektets vision.

Forskningen förekommer i Nature Communications. Teamet är nu på jobbet testa variationer på temat som kan återställa färgvision och ytterligare öka skärphet och anpassning. National Institute of Health, Nanomedicine Development Center för Optical Control of Biological Function, Foundation for Fighting Blindness, Hope for Vision Foundation och Lowy Medical Research Institute stödde forskningen.

Källa: UC Berkeley

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon