นักวิทยาศาสตร์ได้ใส่ยีนสำหรับตัวรับแสงสีเขียวเข้าไปในดวงตาของหนูตาบอดและในอีกหนึ่งเดือนต่อมาหนูก็สำรวจสิ่งกีดขวางได้ง่ายพอ ๆ กับพวกที่ไม่มีปัญหาในการมองเห็น

หนูเหล่านี้สามารถมองเห็นการเคลื่อนไหว การเปลี่ยนแปลงความสว่างในช่วงกว้างถึงพันเท่า และรายละเอียดปลีกย่อยบน iPad ได้ดีพอที่จะแยกแยะตัวอักษรได้

นักวิจัยกล่าวว่า ภายในเวลาเพียงสามปี การบำบัดด้วยยีน ซึ่งพวกเขาได้ส่งมอบผ่านทางไวรัสที่ไม่ทำงาน อาจจะถูกนำไปทดสอบในมนุษย์ที่สูญเสียการมองเห็นเนื่องจากภาวะจอประสาทตาเสื่อม โดยในอุดมคติแล้วจะช่วยให้พวกเขามองเห็นได้เพียงพอที่จะเคลื่อนไหวไปมาได้ และอาจฟื้นฟูความสามารถในการอ่านหรือดูวิดีโอได้

“คุณจะฉีดไวรัสนี้เข้าไปในดวงตาของคนคนหนึ่ง และอีกสองสามเดือนต่อมา พวกเขาก็จะเริ่มมองเห็นอะไรบางอย่าง” เอฮุด อิซาคอฟฟ์ ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาโมเลกุลและเซลล์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และผู้อำนวยการสถาบันประสาทวิทยาศาสตร์เฮเลน วิลส์ กล่าว

“…คงจะวิเศษมากหากคนตาบอดสามารถกลับมาอ่านข้อความบนจอคอมพิวเตอร์ทั่วไป สื่อสารผ่านวิดีโอ และดูภาพยนตร์ได้อีกครั้ง”

“ในกรณีของโรคความเสื่อมของจอประสาทตา บ่อยครั้งที่สิ่งที่ผู้คนพยายามทำคือการหยุดยั้งหรือชะลอการเสื่อมต่อไป แต่สิ่งที่สามารถฟื้นฟูภาพได้ภายในไม่กี่เดือนนั้น เป็นสิ่งที่น่าทึ่งมาก”

ทั่วโลกมีผู้ป่วยโรคจอประสาทตาเสื่อมตามอายุประมาณ 170 ล้านคน ซึ่งพบในคนอายุ 55 ปีขึ้นไป 1 ใน 10 คน ขณะที่ทั่วโลกมีผู้ป่วยโรคจอประสาทตาเสื่อมชนิดถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่พบได้บ่อยที่สุด คือ โรคเรตินิติส พิกเมนโตซา ประมาณ 1.7 ล้านคน ซึ่งมักทำให้ผู้ป่วยตาบอดเมื่ออายุ 40 ปี

“ผมมีเพื่อนหลายคนที่มองไม่เห็นแสง และวิถีชีวิตของพวกเขาน่าเศร้าใจมาก” จอห์น แฟลนเนอรี่ ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาโมเลกุลและเซลล์ ซึ่งเป็นอาจารย์ประจำคณะทัศนศาสตร์กล่าว

“พวกเขาต้องคำนึงถึงสิ่งที่คนสายตาปกติมองข้ามไป ตัวอย่างเช่น ทุกครั้งที่พวกเขาไปโรงแรม ผังห้องแต่ละห้องจะแตกต่างกันเล็กน้อย และพวกเขาต้องการคนช่วยพาเดินชมรอบห้องขณะที่พวกเขาสร้างแผนที่สามมิติในหัว วัตถุในชีวิตประจำวัน เช่น โต๊ะกาแฟเตี้ยๆ ก็อาจเป็นอันตรายจากการล้มได้ ภาระของโรคมีมากมายมหาศาลในหมู่ผู้ที่มีความบกพร่องทางการมองเห็นอย่างรุนแรงจนทำให้พิการ และพวกเขาอาจเป็นกลุ่มแรกที่เหมาะสมที่จะได้รับการบำบัดประเภทนี้”

การรักษาแบบใหม่นี้เกี่ยวข้องกับการฉีดไวรัสที่ถูกทำให้ไม่ทำงานแล้วเข้าไปในน้ำวุ้นตา เพื่อนำพายีนเข้าสู่เซลล์ประสาทแกงลีออนโดยตรง การรักษาด้วยไวรัสในรุ่นก่อนหน้านี้จำเป็นต้องฉีดไวรัสเข้าไปใต้จอประสาทตา (ภาพล่าง) (เครดิต: จอห์น แฟลนเนอรี่)

ปัจจุบัน ตัวเลือกสำหรับผู้ป่วยกลุ่มนี้มีจำกัดเพียงแค่การฝังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในดวงตาที่เชื่อมต่อกับกล้องวิดีโอซึ่งติดตั้งอยู่บนแว่นตา ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ยุ่งยาก ซับซ้อน และมีราคาแพง โดยภาพที่ได้บนจอประสาทตาจะมีความละเอียดเทียบเท่าเพียงไม่กี่ร้อยพิกเซลเท่านั้น ในขณะที่การมองเห็นที่คมชัดปกติจะต้องใช้พิกเซลหลายล้านพิกเซล

การแก้ไขความบกพร่องทางพันธุกรรมที่เป็นสาเหตุของการเสื่อมของจอประสาทตาไม่ใช่เรื่องง่ายเช่นกัน เพราะมีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมมากกว่า 250 ชนิดที่ทำให้เกิดโรคจอประสาทตาเสื่อมชนิดเรตินิติส พิกเมนโตซาเพียงอย่างเดียว ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของการกลายพันธุ์เหล่านี้ทำลายเซลล์รับแสงของจอประสาทตา ได้แก่ เซลล์รูปแท่ง (rods) ที่ไวต่อแสงสลัว และเซลล์รูปกรวย (cones) ที่รับรู้สีในเวลากลางวัน แต่โดยทั่วไปแล้ว การเสื่อมของจอประสาทตาจะไม่ทำลายเซลล์ชั้นอื่นๆ ของจอประสาทตา รวมถึงเซลล์ไบโพลาร์และเซลล์แกงลีออนของจอประสาทตา ซึ่งสามารถคงความแข็งแรงได้ แม้ว่าจะไม่ไวต่อแสงก็ตาม เป็นเวลาหลายสิบปีหลังจากที่ผู้คนตาบอดสนิทแล้ว

ในการทดลองกับหนู นักวิจัยประสบความสำเร็จในการทำให้เซลล์ปมประสาท 90 เปอร์เซ็นต์ไวต่อแสง

ระบบที่เรียบง่าย

เพื่อแก้ไขภาวะตาบอดในหนูทดลองเหล่านี้ นักวิจัยได้ออกแบบไวรัสที่มุ่งเป้าไปที่เซลล์แกงลีออนในจอประสาทตา และบรรจุยีนสำหรับตัวรับแสงที่ไวต่อแสง ซึ่งก็คือออปซินสีเขียว (ความยาวคลื่นปานกลาง) เข้าไปในไวรัส โดยปกติแล้ว มีเพียงเซลล์รับแสงรูปกรวยเท่านั้นที่แสดงออกถึงออปซินนี้ และทำให้เซลล์เหล่านี้ไวต่อแสงสีเขียวเหลือง เมื่อนักวิจัยฉีดไวรัสเข้าไปในดวงตา ไวรัสจะนำยีนเข้าไปในเซลล์แกงลีออน ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่ไวต่อแสง และทำให้เซลล์เหล่านี้ไวต่อแสงและสามารถส่งสัญญาณไปยังสมอง ซึ่งสมองจะตีความว่าเป็นการมองเห็น

“เท่าที่เราสามารถทดสอบกับหนูได้ คุณไม่สามารถแยกแยะพฤติกรรมของหนูที่ได้รับการรักษาด้วยวิธีออปโตเจเนติกส์ออกจากหนูปกติได้หากไม่มีอุปกรณ์พิเศษ” แฟลนเนอรี่กล่าว “ยังต้องรอดูกันต่อไปว่าผลลัพธ์นี้จะส่งผลอย่างไรต่อผู้ป่วย”

ในหนูทดลอง นักวิจัยได้ส่งออปซินไปยังเซลล์แกงลีออนส่วนใหญ่ในเรตินา แต่หากจะทำการทดลองในมนุษย์ พวกเขาจะต้องฉีดอนุภาคไวรัสจำนวนมากกว่านั้นมาก เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีเซลล์แกงลีออนมากกว่าดวงตาของหนูหลายพันเท่า อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยได้พัฒนาวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการส่งไวรัส และหวังว่าจะสามารถแทรกเซ็นเซอร์รับแสงตัวใหม่นี้เข้าไปในเซลล์แกงลีออนในสัดส่วนที่สูงเช่นเดียวกัน ซึ่งเป็นปริมาณที่เทียบเท่ากับจำนวนพิกเซลที่สูงมากในกล้องถ่ายรูป

เส้นสีส้มแสดงการเคลื่อนไหวของหนูในช่วงนาทีแรกหลังจากที่นักวิจัยนำพวกมันเข้าไปในกรงแปลก ๆ หนูตาบอด (ด้านบน) จะระมัดระวังตัวโดยอยู่ตามมุมและด้านข้าง ในขณะที่หนูที่ได้รับการรักษา (ตรงกลาง) จะสำรวจกรงเกือบเท่ากับหนูที่มีสายตาปกติ (ด้านล่าง) (เครดิต: Ehud Isacoff/John Flannery)

ไอซาคอฟและแฟลนเนอรี่ค้นพบวิธีแก้ไขที่เรียบง่ายนี้หลังจากพยายามใช้แผนการที่ซับซ้อนกว่ามานานกว่าทศวรรษ ซึ่งรวมถึงการใส่ตัวรับสารสื่อประสาทที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมและสวิตช์เคมีที่ไวต่อแสงเข้าไปในเซลล์เรตินาที่ยังมีชีวิตอยู่ วิธีการเหล่านี้ได้ผล แต่ก็ไม่สามารถให้ความไวในการมองเห็นได้เท่ากับการมองเห็นปกติ ออปซินจากจุลินทรีย์ที่ทดสอบในที่อื่นก็มีความไวต่ำกว่าเช่นกัน ทำให้ต้องใช้แว่นตาขยายแสงช่วย

เพื่อจำลองความไวสูงของการมองเห็นตามธรรมชาติ นักวิจัยจึงหันมาใช้ตัวรับแสงออปซินของเซลล์รับแสง โดยใช้ไวรัสอะเดโนแอสโซซิเอตที่ติดเชื้อเซลล์แกงลีออนตามธรรมชาติ พวกเขาประสบความสำเร็จในการส่งยีนของออปซินเรตินัลเข้าไปในจีโนมของเซลล์แกงลีออน หนูที่ตาบอดก่อนหน้านี้จึงสามารถมองเห็นได้และคงอยู่ตลอดชีวิต

“การที่ระบบนี้ใช้งานได้ผลนั้นเป็นเรื่องที่น่าพอใจอย่างยิ่ง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะมันเรียบง่ายมาก” อิซาคอฟกล่าว “ที่จริงแล้ว คุณสามารถทำแบบนี้ได้เมื่อ 20 ปีที่แล้ว”

นักวิจัยกำลังระดมทุนเพื่อนำการบำบัดด้วยยีนไปทดลองในมนุษย์ภายในสามปี ระบบนำส่ง AAV ที่คล้ายกันนี้ได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับโรคตาในผู้ป่วยที่มีภาวะจอประสาทตาเสื่อมและไม่มีทางเลือกทางการแพทย์อื่น

ท้าทายความคาดหมาย

ตามที่ Flannery และ Isacoff กล่าวไว้ คนส่วนใหญ่ในสาขาการมองเห็นจะตั้งคำถามว่าออปซินจะทำงานได้นอกเหนือจากเซลล์รับแสงรูปแท่งและรูปกรวยที่เฉพาะเจาะจงหรือไม่ พื้นผิวของเซลล์รับแสงถูกตกแต่งด้วยออปซิน—โรดอปซินในเซลล์รูปแท่ง และออปซินสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินในเซลล์รูปกรวย—ซึ่งฝังอยู่ในเครื่องจักรโมเลกุลที่ซับซ้อน ตัวส่งต่อโมเลกุล—ลำดับการส่งสัญญาณของตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจี—ขยายสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพมากจนเราสามารถตรวจจับโฟตอนแสงเดี่ยวได้

ระบบเอนไซม์จะชาร์จออปซินใหม่เมื่อมันตรวจจับโฟตอนและ "ถูกฟอกสี" การควบคุมแบบป้อนกลับจะปรับระบบให้เข้ากับความสว่างพื้นหลังที่แตกต่างกันมาก และช่องไอออนเฉพาะจะสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ทรงพลัง หากไม่ทำการปลูกถ่ายระบบทั้งหมดนี้ ก็เป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่จะสงสัยว่าออปซินจะไม่ทำงาน

ในเรตินาปกติ เซลล์รับแสง – เซลล์รูปแท่ง (สีน้ำเงิน) และเซลล์รูปกรวย (สีเขียว) – ตรวจจับแสงและส่งสัญญาณไปยังชั้นอื่นๆ ของดวงตา โดยสิ้นสุดที่เซลล์แกงลีออน (สีม่วง) ซึ่งสื่อสารโดยตรงกับศูนย์การมองเห็นในสมอง (ที่มาของภาพ: มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์)

แต่ไอซาคอฟฟ์ ผู้เชี่ยวชาญด้านตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีนจีในระบบประสาท รู้ว่าส่วนประกอบเหล่านี้มีอยู่ในเซลล์ทุกเซลล์ เขาคาดว่าออปซินจะเชื่อมต่อกับระบบส่งสัญญาณของเซลล์แกงลีออนในจอประสาทตาโดยอัตโนมัติ เขาและแฟลนเนอรีจึงลองใช้โรดอปซินเป็นอันดับแรก ซึ่งมีความไวต่อแสงมากกว่าออปซินของเซลล์รูปกรวย

เป็นที่น่ายินดีอย่างยิ่ง เมื่อพวกเขานำโรดอปซินเข้าไปในเซลล์ปมประสาทของหนูที่มีเซลล์รับแสงรูปแท่งและรูปกรวยเสื่อมสภาพไปอย่างสมบูรณ์ และทำให้หนูเหล่านั้นตาบอด หนูเหล่านั้นก็กลับมาสามารถแยกแยะความมืดจากความสว่างได้ แม้กระทั่งแสงสว่างน้อยๆ ในห้อง แต่ปรากฏว่าโรดอปซินทำงานช้าเกินไปและล้มเหลวในการจดจำภาพและวัตถุ

จากนั้นพวกเขาได้ทดลองใช้โปรตีนออปซินรูปกรวยสีเขียว ซึ่งตอบสนองเร็วกว่าโรดอปซินถึง 10 เท่า ที่น่าทึ่งคือ หนูสามารถแยกแยะเส้นขนานออกจากเส้นแนวนอน เส้นที่อยู่ใกล้กันกับเส้นที่อยู่ห่างกัน (ซึ่งเป็นงานทดสอบความคมชัดของสายตาในมนุษย์) เส้นที่เคลื่อนไหวกับเส้นที่หยุดนิ่งได้ การมองเห็นที่ได้รับการฟื้นฟูนั้นมีความไวสูงมากจนสามารถใช้ iPad เป็นจอแสดงผลแทนหลอด LED ที่สว่างกว่ามากได้

อิซาคอฟกล่าวว่า “นี่เป็นการสื่อสารข้อความได้อย่างชัดเจนมาก ท้ายที่สุดแล้ว มันจะวิเศษแค่ไหนหากคนตาบอดสามารถกลับมาอ่านหน้าจอคอมพิวเตอร์ทั่วไป สื่อสารผ่านวิดีโอ และดูภาพยนตร์ได้อีกครั้ง”

ความสำเร็จเหล่านี้ทำให้ไอซาคอฟและแฟลนเนอรี่ต้องการก้าวไปอีกขั้นและค้นหาว่าสัตว์ต่างๆ สามารถนำทางในโลกได้หรือไม่หากการมองเห็นกลับคืนมา ที่น่าทึ่งคือ ออปซินของเซลล์รูปกรวยสีเขียวก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน หนูที่เคยตาบอดสามารถกลับมาทำพฤติกรรมตามธรรมชาติอย่างหนึ่งได้ นั่นคือ การจดจำและสำรวจวัตถุสามมิติ

จากนั้นพวกเขาก็ตั้งคำถามว่า “จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคนที่มีการมองเห็นกลับคืนมาแล้วออกไปข้างนอกในที่ที่มีแสงสว่างกว่า? พวกเขาจะตาบอดเพราะแสงหรือไม่?” อิซาคอฟกล่าวว่า ณ จุดนี้ คุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกอย่างหนึ่งของระบบก็ปรากฏขึ้น นั่นคือ เส้นทางการส่งสัญญาณออปซินของเซลล์รูปกรวยสีเขียวจะปรับตัว สัตว์ที่เคยตาบอดสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงความสว่างและสามารถทำงานได้ดีเท่ากับสัตว์ที่มีสายตาปกติ การปรับตัวนี้ได้ผลในช่วงความสว่างที่แตกต่างกันประมาณหนึ่งพันเท่า ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือความแตกต่างระหว่างแสงสว่างเฉลี่ยในร่มและกลางแจ้ง

“เมื่อทุกคนบอกว่ามันจะไม่มีวันสำเร็จและคุณบ้าไปแล้ว นั่นหมายความว่าคุณกำลังค้นพบสิ่งสำคัญบางอย่าง” แฟลนเนอรี่กล่าว และสิ่งสำคัญนั้นก็คือ การฟื้นฟูการมองเห็นแบบมีลวดลายได้สำเร็จเป็นครั้งแรกโดยใช้หน้าจอคอมพิวเตอร์ LCD ซึ่งเป็นครั้งแรกที่สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของแสงโดยรอบ และเป็นครั้งแรกที่สามารถฟื้นฟูการมองเห็นวัตถุตามธรรมชาติได้

การวิจัยปรากฏใน การสื่อสารธรรมชาติขณะนี้ทีมวิจัยกำลังทดสอบรูปแบบต่างๆ ที่อาจช่วยฟื้นฟูการมองเห็นสี และเพิ่มความคมชัดและการปรับตัวให้ดียิ่งขึ้น การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากสถาบันจักษุแห่งชาติ (National Eye Institute) สังกัดสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (National Institutes of Health), ศูนย์พัฒนาด้านนาโนเวชศาสตร์เพื่อการควบคุมการทำงานทางชีวภาพด้วยแสง (Nanomedicine Development Center for the Optical Control of Biological Function), มูลนิธิเพื่อการต่อสู้กับภาวะตาบอด (Foundation for Fighting Blindness), มูลนิธิโฮปเพื่อการมองเห็น (Hope for Vision Foundation) และสถาบันวิจัยทางการแพทย์โลวี (Lowy Medical Research Institute)

ที่มา: เบิร์กลีย์ UC

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

{amazonWS:searchindex=Books;keywords=blindness cures;maxresults=3}