Opsinii fac celule "orb" sensibile la lumină; potențialul tratamentului uman în decurs de trei ani – ScienceDaily


A fost surprinzător de simplă. Universitatea din California, Berkeley, a introdus o gena pentru un receptor de lumină verde în ochii șoarecilor orbi și, o lună mai târziu, navigau în jurul obstacolelor la fel de ușor ca șoarecii fără probleme de vedere. Ei au fost capabili să vadă mișcarea, modificările de strălucire de peste o mie de ori și detaliile fine pe un iPad suficient pentru a distinge scrisorile.

Cercetătorii spun că, în cel puțin trei ani, terapia genică – eliberată printr-un virus inactivat – ar putea fi încercată la oameni care au pierdut vederea datorită degenerării retinei, oferindu-le ideal vizibilitatea de a se deplasa și, eventual, de a restabili capacitatea lor de a citi sau de a viziona videoclipuri.

"Ați injecta acest virus în ochii unei persoane și câteva luni mai târziu vor vedea ceva", a declarat Ehud Isacoff, profesor de biologie moleculară și celulară UC Berkeley și director al Institutului Helen Wills Neuroscience. "Cu bolile neurodegenerative ale retinei, de multe ori toti oamenii incearca sa faca sau sa incetineasca degenerarea, dar ceva care restabileste o imagine in cateva luni – este un lucru uimitor de gandit".

Aproximativ 170 de milioane de oameni din întreaga lume trăiesc cu degenerescența maculară legată de vârstă, care afectează unul din 10 persoane cu vârsta peste 55 de ani, în timp ce 1,7 milioane de persoane din întreaga lume au cea mai comună formă de orbire mostenită, retinită pigmentosa, din 40.

"Am prieteni fara perceptie de lumina, iar stilul lor de viata este inima", a spus John Flannery, profesor la UC Berkeley de biologie moleculara si celulara, care se afla pe facultatea Optometrie. "De exemplu, de fiecare dată când merg într-un hotel, fiecare aspect al camerei este puțin diferit și au nevoie de cineva să-i umble în jurul camerei, în timp ce construiesc o hartă 3D în cap Obiectele de zi cu zi, cum ar fi o masă de cafea mică, pot fi un pericol care se încadrează. Povara bolii este enormă în rândul persoanelor cu pierdere severă a vederii, care poate fi dezactivată și pot fi primii candidați pentru acest tip de terapie ".

În prezent, opțiunile pentru astfel de pacienți sunt limitate la un implant de ochi electronic cuplat la o cameră video care se află pe o pereche de ochelari – o configurație incomodă și costisitoare care produce o imagine pe retină echivalentă, în prezent, câtorva sute de pixeli. Viziunea normală și ascuțită implică milioane de pixeli.

Corectarea defectului genetic responsabil de degenerarea retiniană nu este directă, deoarece există mai mult de 250 mutații genetice diferite responsabile numai de retinita pigmentosa. Aproximativ 90% dintre acestea ucid celulele fotoreceptoare ale retinei – tijele, sensibile la lumina slabă și conurile, pentru percepția culorii zilei. Dar degenerarea retiniana economiseaza de obicei alte straturi de celule retiniene, incluzand celulele ganglionare bipolare si retiniene, care pot ramane sanatoase, desi insensibile la lumina, timp de decenii dupa ce oamenii devin total orbi.

In studiile efectuate la soareci, echipa UC Berkeley a reusit sa faca 90% din celulele ganglionale sensibile la lumina.

Isacoff, Flannery și colegii lor de la UC Berkeley vor raporta succesul într-un articol care apare online pe 15 martie în Comunicații de natură.

"Ați fi putut face asta acum 20 de ani"

Pentru a inversa orbirea la aceste soareci, cercetatorii au proiectat un virus directionat catre celulele ganglionului retinian si l-au incarcat cu gena pentru un receptor sensibil la lumina, verde (medie-lungime de unda) opsin con. În mod normal, acest opsin este exprimat numai de celulele fotoreceptorului con și le face sensibile la lumina galben-verde. Când a fost injectat în ochi, virusul a transportat gena în celule ganglionare, care în mod normal sunt insensibile la lumină, le-a făcut sensibile la lumină și au putut transmite semnale către creier care au fost interpretate ca vedere.

"În limitele pe care le putem testa șoarecii, nu puteți spune comportamentul optogenetic tratat de șoareci de la șoarecii normali fără echipament special", a spus Flannery. "Rămâne de văzut ceea ce se traduce într-un pacient".

La soareci, cercetatorii au reusit sa livreze opsins la majoritatea celulelor ganglionale din retina. Pentru a trata oamenii, ei ar trebui să injecteze mult mai multe particule de virus, deoarece ochiul uman conține mii de ori mai multe celule ganglionice decât ochiul mouse-ului. Dar echipa UC Berkeley a dezvoltat mijloacele de a spori livrarea virala si spera sa introduca noul senzor de lumina intr-un procent similar ridicat de celule ganglionale, o suma echivalenta cu numerele foarte mari de pixeli dintr-o camera.

Isacoff și Flannery au intrat în remedierea simplă după mai mult de un deceniu de încercări de scheme mai complicate, inclusiv prin introducerea în celulele retinale supraviețuitoare combinații de receptori neurotransmițători modificați genetic și comutatoare chimice sensibile la lumină. Acestea au funcționat, dar nu au atins sensibilitatea viziunii normale. Opsins de la microbi testate în altă parte, de asemenea, au avut o sensibilitate mai scăzută, care necesită utilizarea de ochelari de lumină-amplificare.

Pentru a capta sensibilitatea ridicată a vederii naturale, Isacoff și Flannery au apelat la opsinii receptorilor de lumină ai celulelor fotoreceptoare. Folosind un virus adeno-asociat (AAV) care infecteaza natural celulele ganglionale, Flannery si Isacoff livrat cu succes gena pentru o opsina retiniana in genomul celulelor ganglion. Șoarecii anterior orbi au dobândit viziune care a durat o viață.

"Acest sistem funcționează într-adevăr, într-adevăr satisfăcător, în parte pentru că este, de asemenea, foarte simplu", a spus Isacoff. "În mod ironic, ați fi putut face asta acum 20 de ani".

Isacoff și Flannery colectează fonduri pentru a lua terapia genică într-un proces uman în trei ani. Sisteme similare de livrare AAV au fost aprobate de către FDA pentru bolile oculare la persoanele cu afecțiuni retiniene degenerative și care nu au nici o alternativă medicală.

Nu poate funcționa

Potrivit lui Flannery și Isacoff, majoritatea oamenilor din domeniul viziunii s-ar întreba dacă opsinii ar putea lucra în afara celulelor fotoreceptorului lor de tijă specializate și de conuri. Suprafața unui fotoreceptor este decorată cu opsini – rodopsin în tije și roșu, verde și albastru opsins în conuri – care sunt încorporate într-o mașină moleculară complicată. Un releu molecular – cascada de semnalizare a receptorului cuplat cu proteină G – amplifică semnalul astfel încât să putem detecta singurele fotoni de lumină. Un sistem enzimatic reîncarcă opsina odată ce a detectat fotonul și devine "albită". Reglementarea privind feedback-ul adaptează sistemul la luminozitatea foarte diferită a fundalului. Și un canal de ioni specializat generează un semnal puternic de tensiune. Fără transplantarea întregului sistem, era rezonabil să presupunem că opsinul nu ar funcționa.

Dar Isacoff, care se specializează în receptorii cuplați cu proteine ​​G în sistemul nervos, știa că multe dintre aceste părți există în toate celulele. El bănuia că un opsin se va conecta automat la sistemul de semnalizare al celulelor ganglionare retiniene. Impreuna, el si Flannery au incercat initial Rhodopsina, care este mai sensibila la lumina decat opinele conului.

Pentru încântarea lor, când rodopiina a fost introdusă în celulele ganglionare ale șoarecilor ale căror tije și conuri au degenerat complet și care, prin urmare, au fost orbe, animalele și-au recăpătat capacitatea de a spune întunericul din lumină – chiar și lumina de lumină slabă. Dar rhodopsin sa dovedit a fi prea lent și a eșuat în recunoașterea imaginilor și obiectelor.

Apoi au încercat opsina conului verde, care a răspuns de 10 ori mai rapid decât rhodopsinul. Remarcabil, soarecii au putut distinge paralel cu liniile orizontale, liniile distanțate în raport cu distanțele mari (o sarcină standard de acuitate umană), linii în mișcare față de linii staționare. Viziunea restaurată a fost atât de sensibilă încât iPad-urile ar putea fi folosite pentru afișajele vizuale în locul LED-urilor mai luminoase.

"Acest lucru a adus cu putere mesajul acasă", a spus Isacoff. "La urma urmei, cât de minunat ar fi ca orbii să-și recapete capacitatea de a citi un monitor de computer standard, de a comunica prin video, de a viziona un film".

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

Apoi au pus întrebarea: "Ce s-ar întâmpla dacă o persoană cu viziune restaurată a ieșit afară în lumină mai strălucitoare? Ar fi orbiți de lumină?" Aici, o alta caracteristica izbitoare a sistemului a aparut, Isacoff a spus: calea verde opsin de semnalizare se adapteaza. Animalele care au fost anterior orb ajustate la schimbarea luminozității și puteau 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 iluminatul mediu interior și exterior.

"Când toată lumea spune că nu va funcționa niciodată și că ești nebun, de obicei, asta înseamnă că ești pe ceva", a spus Flannery. Într-adevăr, aceasta înseamnă o primă restaurare reușită a vizionării modelate folosind ecranul unui computer LCD, primul care se adaptează schimbărilor în lumina ambientală și primul care restaurează viziunea obiectului natural.

Echipa UC Berkeley este acum la teste de lucru variații pe tema care ar putea restabili viziunea de culoare și de a crește în continuare acuitate și adaptare.

Lucrarea a fost sustinuta de Institutul National de ochi al Institutelor Nationale de Sanatate, Centrul de Dezvoltare Nanomedicina pentru Controlul Optic al Functiilor Biologice, Fundatia pentru Combaterea Orbilor, Fundatia Hope for Vision si Lowy Medical Research Institute.

.



Cititi mai mult pe sciencedaily.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

%d blogeri au apreciat: