Các nhà khoa học đã chèn một gen cho một thụ thể ánh sáng xanh vào mắt của những con chuột mù và, một tháng sau, những con chuột này đang điều hướng xung quanh các chướng ngại vật dễ dàng như những người không có vấn đề về thị lực.

Những con chuột có thể thấy chuyển động, độ sáng thay đổi trong phạm vi gấp nghìn lần và chi tiết tốt trên iPad đủ để phân biệt các chữ cái.

Các nhà nghiên cứu nói rằng, chỉ trong vòng ba năm, liệu pháp gen mà họ truyền qua virus không hoạt động đã có thể đi thử nghiệm ở những người bị mất thị lực vì thoái hóa võng mạc, lý tưởng cho họ đủ tầm nhìn để di chuyển và có khả năng phục hồi khả năng đọc hoặc xem video của họ.

Ehud Isacoff, giáo sư sinh học tế bào và phân tử tại Đại học California, Berkeley, và giám đốc của Helen Wills, nói: "Bạn sẽ tiêm virus này vào mắt của một người và vài tháng sau, họ sẽ thấy một thứ gì đó. Viện khoa học thần kinh.

Làm thế nào tuyệt vời cho người mù sẽ lấy lại khả năng đọc một màn hình máy tính tiêu chuẩn, giao tiếp bằng video, xem một bộ phim.

Với các bệnh thoái hóa thần kinh của võng mạc, thường tất cả mọi người cố gắng làm là ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình thoái hóa. Nhưng một cái gì đó khôi phục lại một hình ảnh trong vài tháng, đó là một điều tuyệt vời để suy nghĩ.

Khoảng 170 triệu người trên toàn thế giới sống chung với bệnh thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi, gây ra một người ở 10 trong độ tuổi 55, trong khi 1.7 triệu người trên thế giới có dạng mù lòa di truyền phổ biến nhất, viêm võng mạc sắc tố, thường khiến người mù theo tuổi của 40.

John Flannery, giáo sư sinh học phân tử và tế bào, thuộc khoa Quang học, cho biết, tôi có những người bạn không có nhận thức nhẹ và lối sống của họ rất đau lòng.

Họ phải xem xét những gì mọi người nhìn thấy được cho là hiển nhiên. Ví dụ, mỗi lần họ đến khách sạn, mỗi cách bố trí phòng lại có một chút khác biệt và họ cần ai đó đi bộ quanh phòng trong khi họ xây dựng bản đồ 3D trong đầu. Những đồ vật hàng ngày, như bàn cà phê thấp, có thể là mối nguy hiểm. Gánh nặng bệnh tật là rất lớn ở những người bị suy giảm thị lực nghiêm trọng, và họ có thể là ứng cử viên đầu tiên cho loại trị liệu này.

Liệu pháp mới này bao gồm việc tiêm virus bất hoạt vào thủy tinh thể để mang gen trực tiếp vào các tế bào hạch. Các phiên bản trước đó của liệu pháp vi-rút yêu cầu tiêm vi-rút bên dưới võng mạc (phía dưới). (Tín dụng: John Flannery)

Hiện tại, các tùy chọn cho những bệnh nhân như vậy bị giới hạn trong cấy ghép mắt điện tử được gắn vào một máy quay video đặt trên một cặp kính. Thiết lập đắt tiền, xâm lấn và đắt tiền, tạo ra một hình ảnh trên võng mạc tương đương với vài trăm pixel. Tầm nhìn bình thường, sắc nét liên quan đến hàng triệu pixel.

Sửa chữa khiếm khuyết di truyền chịu trách nhiệm cho thoái hóa võng mạc cũng không đơn giản, bởi vì có nhiều đột biến gen khác nhau của 250 chịu trách nhiệm cho viêm võng mạc sắc tố đơn thuần. Khoảng 90 phần trăm trong số này tiêu diệt các tế bào cảm quang của võng mạc, các que, nhạy cảm với ánh sáng mờ và hình nón, cho nhận thức màu sắc ánh sáng ban ngày. Nhưng thoái hóa võng mạc thường loại bỏ các lớp tế bào võng mạc khác, bao gồm tế bào lưỡng cực và tế bào hạch, có thể vẫn khỏe mạnh, mặc dù không nhạy cảm với ánh sáng, trong nhiều thập kỷ sau khi con người bị mù hoàn toàn.

Trong các thử nghiệm trên chuột, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc làm cho 90 phần trăm tế bào hạch nhạy cảm với ánh sáng.

Một hệ thống đơn giản

Để đẩy lùi bệnh mù ở những con chuột này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại virus nhắm vào các tế bào hạch ở võng mạc và nạp gen này cho một thụ thể nhạy cảm với ánh sáng, opsin hình nón màu xanh lá cây (bước sóng trung bình). Thông thường, chỉ có các tế bào quang thụ thể hình nón biểu hiện opsin này và nó làm cho chúng nhạy cảm với ánh sáng xanh lục. Khi các nhà nghiên cứu tiêm nó vào mắt, virus mang gen vào các tế bào hạch, thường không nhạy cảm với ánh sáng và khiến chúng nhạy cảm với ánh sáng và có thể gửi tín hiệu đến não mà nó hiểu là thị giác.

Nói về giới hạn mà chúng ta có thể kiểm tra chuột, bạn không thể nói hành vi của chuột được điều trị bằng phương pháp quang học từ những con chuột bình thường mà không có thiết bị đặc biệt. Vẫn còn phải xem những gì dịch ra ở một bệnh nhân.

Ở chuột, các nhà nghiên cứu đã đưa opsin đến hầu hết các tế bào hạch trong võng mạc. Để điều trị cho con người, họ sẽ cần phải tiêm nhiều hạt virus hơn vì mắt người chứa các tế bào hạch nhiều gấp hàng nghìn lần so với mắt chuột. Nhưng nhóm nghiên cứu đã phát triển các phương tiện để tăng cường khả năng truyền virut và hy vọng sẽ đưa cảm biến ánh sáng mới vào một tỷ lệ tế bào hạch tương tự cao, một lượng tương đương với số pixel rất cao trong máy ảnh.

Các đường màu cam theo dõi chuyển động của chuột trong phút đầu tiên sau khi các nhà nghiên cứu đưa chúng vào một cái lồng kỳ lạ. Chuột mù (trên cùng) thận trọng giữ ở các góc và hai bên, trong khi chuột được điều trị (giữa) khám phá chuồng gần như nhiều so với chuột nhìn thấy bình thường (phía dưới). (Tín dụng: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff và Flannery đã tìm ra cách khắc phục đơn giản sau hơn một thập kỷ thử các phương án phức tạp hơn, bao gồm chèn vào các tế bào võng mạc sống sót kết hợp các thụ thể dẫn truyền thần kinh biến đổi gen và các công tắc hóa học nhạy cảm với ánh sáng. Chúng hoạt động, nhưng không đạt được độ nhạy của thị lực bình thường. Opsin từ các vi khuẩn được thử nghiệm ở nơi khác cũng có độ nhạy thấp hơn, đòi hỏi phải sử dụng kính khuếch đại ánh sáng.

Để nắm bắt độ nhạy cao của tầm nhìn tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang opsins thụ thể ánh sáng của các tế bào cảm quang. Sử dụng một loại virus liên quan đến adeno lây nhiễm tự nhiên vào các tế bào hạch, họ đã chuyển thành công gen cho một opsin võng mạc vào bộ gen của các tế bào hạch. Những con chuột mù trước đó có được tầm nhìn kéo dài suốt đời.

Hệ thống này hoạt động thực sự, thực sự rất thỏa mãn, một phần vì nó cũng rất đơn giản, theo ông Isacoff. Trớ trêu thay, bạn có thể đã thực hiện 20 này nhiều năm trước.

Các nhà nghiên cứu đang gây quỹ để đưa liệu pháp gen vào thử nghiệm trên người trong vòng ba năm. Các hệ thống phân phối AAV tương tự đã được FDA chấp thuận cho các bệnh về mắt ở những người mắc bệnh thoái hóa võng mạc và không có sự thay thế y tế.

Bất chấp tỷ lệ cược

Theo Flannery và Isacoff, hầu hết mọi người trong lĩnh vực thị giác sẽ đặt câu hỏi liệu opsins có thể hoạt động bên ngoài các tế bào quang thụ thể hình que và tế bào hình nón chuyên dụng của họ hay không. Bề mặt của một tế bào cảm quang được trang trí với opsins rhodopsin ở dạng que và opsin đỏ, xanh lá cây và xanh dương trong hình nón được nhúng trong một máy phân tử phức tạp. Rơle phân tử, dòng thác tín hiệu của thụ thể kết hợp G-protein, khuếch đại tín hiệu có hiệu quả đến mức chúng ta có thể phát hiện các photon ánh sáng đơn lẻ.

Một hệ thống enzyme nạp lại opsin một khi nó phát hiện ra photon và trở thành chất tẩy trắng. Điều chỉnh phản hồi điều chỉnh hệ thống với độ sáng nền rất khác nhau. Và một kênh ion chuyên dụng tạo ra tín hiệu điện áp mạnh. Nếu không ghép toàn bộ hệ thống này, thật hợp lý khi nghi ngờ rằng opsin sẽ không hoạt động.

Trong một võng mạc bình thường, các tế bào cảm quang - que (màu xanh) và hình nón (màu xanh lá cây) - phát hiện ánh sáng và tín hiệu chuyển tiếp đến các lớp khác của mắt, kết thúc trong các tế bào hạch (màu tím), nói chuyện trực tiếp với trung tâm thị giác của não. (Tín dụng: UC Berkeley)

Nhưng Isacoff, người chuyên về các thụ thể kết hợp protein G trong hệ thống thần kinh, biết rằng nhiều bộ phận này tồn tại trong tất cả các tế bào. Ông nghi ngờ rằng một opsin sẽ tự động kết nối với hệ thống tín hiệu của các tế bào hạch ở võng mạc. Cùng nhau, anh và Flannery ban đầu đã thử rhodopsin, loại nhạy cảm với ánh sáng hơn opsins hình nón.

Thật vui mừng, khi họ đưa rhodopsin vào các tế bào hạch của những con chuột có hình que và hình nón đã bị thoái hóa hoàn toàn, và do đó bị mù, những con vật đã lấy lại được khả năng nhận biết bóng tối từ ánh sáng trong phòng. Nhưng rhodopsin hóa ra quá chậm và thất bại trong việc nhận dạng hình ảnh và đối tượng.

Sau đó, họ đã thử opsin hình nón màu xanh lá cây, phản ứng 10 nhanh hơn rhodopsin. Đáng chú ý, những con chuột có thể phân biệt song song với các đường ngang, các đường cách đều nhau và cách đều nhau (một nhiệm vụ thị lực tiêu chuẩn của con người), các đường di chuyển so với các đường đứng yên. Tầm nhìn được khôi phục nhạy đến mức iPad có thể được sử dụng cho màn hình trực quan thay vì đèn LED sáng hơn nhiều.

Điều này mạnh mẽ mang thông điệp về nhà, leo Isacoff nói. Sau tất cả, thật tuyệt vời làm sao khi người mù lấy lại được khả năng đọc màn hình máy tính tiêu chuẩn, giao tiếp bằng video, xem phim.

Những thành công này khiến Isacoff và Flannery muốn tiến một bước xa hơn và tìm hiểu xem liệu động vật có thể điều hướng trong thế giới với tầm nhìn được phục hồi. Đáng chú ý, ở đây cũng vậy, opsin hình nón màu xanh lá cây là một thành công. Những con chuột bị mù đã lấy lại được khả năng thực hiện một trong những hành vi tự nhiên nhất của chúng: nhận biết và khám phá các vật thể ba chiều.

Sau đó, họ đặt câu hỏi, Chuyện gì sẽ xảy ra nếu một người có tầm nhìn phục hồi ra ngoài trời sáng hơn? Họ có bị mù bởi ánh sáng không? Ở đây, một tính năng nổi bật khác của hệ thống đã xuất hiện, Isacoff nói: Con đường màu xanh lá cây báo hiệu opsin thích nghi. Động vật trước đây bị mù điều chỉnh độ sáng thay đổi và có thể thực hiện nhiệm vụ cũng như động vật nhìn thấy. Sự thích ứng này hoạt động trong phạm vi khoảng một nghìn lần khác biệt, về cơ bản, giữa ánh sáng trong nhà và ngoài trời trung bình.

Khi mọi người nói rằng nó sẽ không bao giờ hoạt động và bạn thật điên rồ, thường thì điều đó có nghĩa là bạn đang tham gia vào một cái gì đó, Thật vậy, thứ gì đó tương đương với sự phục hồi thành công đầu tiên của tầm nhìn theo khuôn mẫu bằng màn hình máy tính LCD, lần đầu tiên thích ứng với sự thay đổi của ánh sáng xung quanh và lần đầu tiên để khôi phục tầm nhìn đối tượng tự nhiên.

Nghiên cứu xuất hiện trong Nature Communications. Nhóm nghiên cứu hiện đang thử nghiệm các biến thể về chủ đề có thể khôi phục tầm nhìn màu sắc và tăng thêm sự nhạy bén và thích ứng. Viện Mắt Quốc gia thuộc Viện Sức khỏe Quốc gia, Trung tâm Phát triển Nanomeesine về Kiểm soát Quang học của Chức năng Sinh học, Quỹ Chống mù, Quỹ Hy vọng cho Tầm nhìn và Viện Nghiên cứu Y học Lowy đã hỗ trợ nghiên cứu.

nguồn: UC Berkeley

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon