单基因插入后瞎老鼠恢复视力

这是令人惊讶的简单。加州大学伯克利分校,科学家绿灯受体的基因插入瞎老鼠的眼睛,一个月后,他们在周围的障碍,像老鼠没有视力问题。他们能够看到运动,亮度变化的范围和细节在iPad上足以区分字母。

研究人员说,三年之内,通过一种灭活病毒的基因疗法可能会尝试在人类已经失去了眼前由于视网膜变性,理想情况下给他们足够的视觉移动和潜在恢复能力阅读或观看视频。

“你会将这种病毒注入一个人的眼睛,几个月后,他们会看到的东西,”埃胡德·Isacoff说,加州大学伯克利分校教授的分子和细胞生物学和海伦遗嘱神经科学研究所所长。“与视网膜神经退行性疾病,通常人们试图做的就是延缓或者停止进一步退化。但在几个月内恢复图像的东西——它是一个了不起的事情。”

全世界大约有1.7亿人生活与年龄相关性黄斑变性,罢工一个10人55岁以上的,而全球170万人最常见的遗传性失明、色素性视网膜炎,通常让人盲目的40岁。

“我有朋友没有知觉,和他们的生活方式是痛彻心扉的,”约翰·弗兰纳里说,一个加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授在验光学院教师。“他们必须考虑的人认为是理所当然的。例如,每次他们去酒店,每个房间的布局有点不同,他们需要有人走在房间里,他们建立一个3 d地图在他们的头上。日常用品,就像一个低的咖啡桌,可以是一个下降的风险。患者的疾病负担是巨大的严重,禁用视力丧失,他们可能是第一候选人这种疗法。”

目前,限制了这类病人选择电子眼植入连接摄像机,坐在一副眼镜,一个尴尬的入侵和昂贵的设置产生图像的视网膜上是等价的,目前,几百个像素。正常的,锋利的愿景包括数以百万计的像素。

纠正基因缺陷负责视网膜变性是不简单的,,因为有超过250种不同的基因突变单独负责色素性视网膜炎。大约90%的这些杀死视网膜的感光细胞——棒,敏感,昏暗的灯光下,锥,日光颜色感知。但视网膜变性通常备件其他层的视网膜细胞,包括双极和视网膜神经节细胞,可以保持健康,但不敏感,几十年之后人们会完全失明。

老鼠在他们的试验中,加州大学伯克利分校的团队成功地使光敏神经节细胞的90%。

Isacoff,弗兰纳里和他们的加州大学伯克利分校的同事们将报告他们的成功自然通讯。

你可以做这个20年前的

在这些老鼠反向失明,研究人员设计了一个病毒针对视网膜神经节细胞和加载感光受体的基因,绿色(medium-wavelength)锥视蛋白。通常,这视蛋白表达只有锥感光细胞,使它们敏感green-yellow光。眼部注射时,病毒携带基因进入神经节细胞,通常是不敏感,且使光敏和能向大脑发送信号解释为。

”限制,我们可以测试的老鼠,你不能告诉optogenetically-treated老鼠的行为从正常小鼠没有特殊的设备,”弗兰纳里说。“还有待观察,转化为一个病人。”

在老鼠中,研究人员能够提供大多数的视蛋白在视网膜神经节细胞。治疗人类,他们需要注入更多的病毒粒子,因为人眼包含成千上万倍的神经节细胞比老鼠的眼睛。但加州大学伯克利分校的团队发展的手段提高病毒交付,希望新的光传感器插入类似高百分比的神经节细胞,相当于高像素数字相机。

Isacoff和弗兰纳里遇到简单的修复经过十多年的努力更复杂的方案,包括插入幸存的视网膜细胞的转基因组合神经递质受体和感光化学开关。这些工作,但没有达到正常视力的敏感性。视蛋白从微生物测试其他地方也敏感性较低,要求使用light-amplifying护目镜。

捕捉自然视觉的灵敏度高,Isacoff,弗兰纳里变成了感光细胞的光受体视蛋白。使用一个腺相关病毒(AAV)自然感染的神经节细胞,弗兰纳里和Isacoff成功交付一个视网膜视蛋白的基因的基因组神经节细胞。以前瞎老鼠获得视力持续一生。

“这个系统的工作原理是真的,真的满意,部分原因也很简单,“Isacoff说。“具有讽刺意味的是,你可以做这个20年前。”

Isacoff和弗兰纳里是筹集资金的基因治疗在三年内进入人体试验。类似AAV传递系统已经被FDA批准眼疾的人视网膜退行性条件和那些没有医疗选择。

它不可能工作

根据弗兰纳里和Isacoff,大多数人在视觉领域会质疑视蛋白是否能工作在他们的专业的视杆细胞和视锥感光细胞。光感受器的表面装饰与视蛋白——视紫红质棒和红色,绿色和蓝色在视锥视蛋白——这是嵌入在一个复杂的分子机器。分子继电器——g蛋白耦合受体信号级联放大的信号我们能够有效地检测单个光子的光。一种酶系统充电视蛋白一旦探测到的光子,成为“漂白”。Feedback regulation adapts the system to very different background brightnesses. And a specialized ion channel generates a potent voltage signal. Without transplanting this entire system, it was reasonable to suspect that the opsin would not work.

但是Isacoff,专攻G protein-coupled受体在神经系统,知道这些部分存在于所有细胞。他怀疑一个视蛋白就会自动连接到视网膜神经节细胞的信号系统。在一起,他和弗兰纳里最初尝试视紫红质,光比锥视蛋白更敏感。

他们高兴的是,当视紫红质被引入小鼠的神经节细胞的视杆细胞和视锥细胞完全退化,并因此失明,动物恢复的能力从光——即便是微弱的房间黑暗。但视紫红质是太慢,在图像和对象识别失败。

然后试着绿视锥视蛋白,这比视紫红质反应快10倍。值得注意的是,老鼠能够区分从水平线平行,线密集和宽大的(人类敏锐性的标准),动线与固定线。恢复视力非常敏感,ipad可以用于视觉显示而不是明亮的led。

“这有力地将消息带回家,”Isacoff说。“毕竟,这是多么美妙的盲人重新读一个标准的电脑显示器的能力,通过视频交流,看电影。”

这些成功Isacoff和弗兰纳里想去一步,发现世界上动物能否驾驭恢复视力。引人注目的是,在这里,绿视锥视蛋白是成功的。老鼠一直盲目恢复他们的能力来执行他们的一个最自然的行为:认识和探索三维物体。

然后他们问的问题,“如果一个人恢复视力户外进入光明的灯吗?他们会被蒙蔽的光吗?”Here, another striking feature of the system emerged, Isacoff said: The green cone opsin signaling pathway adapts. Animals that were previously blind adjusted to the brightness change and could perform the task just as well as sighted animals. This adaptation worked over a range of about a thousandfold -- the difference, essentially, between average indoor and outdoor lighting.

“当每个人都说它不会工作,你疯了,通常这意味着你到一些东西,”弗兰纳里说。事实上,事情的第一次成功恢复的视觉使用液晶电脑屏幕,第一个适应环境光的变化,第一个恢复自然对象的愿景。

加州大学伯克利分校的团队现在在测试不同的主题可以恢复颜色视觉和进一步提高灵敏度和适应。

这篇文章被转载材料所提供的加州大学伯克利分校。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:浆果等。2019。恢复锥视蛋白的高灵敏度和适应视野。自然通讯。DOI: https://doi.org/10.1038/s41467 - 019 - 09124 - x。