นักวิทยาศาสตร์ได้ใส่ยีนสำหรับตัวรับแสงสีเขียวเข้าไปในดวงตาของหนูตาบอดและในอีกหนึ่งเดือนต่อมาหนูก็สำรวจสิ่งกีดขวางได้ง่ายพอ ๆ กับพวกที่ไม่มีปัญหาในการมองเห็น
หนูสามารถเห็นการเคลื่อนไหว ความสว่างเปลี่ยนแปลงไปเป็นพันเท่า และรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ บน iPad เพียงพอที่จะแยกแยะตัวอักษรได้
นักวิจัยกล่าวว่าภายในเวลาเพียงสามปียีนบำบัดซึ่งส่งผ่านไวรัสที่ไม่ได้ใช้งานสามารถไปทดสอบในมนุษย์ที่สูญเสียการมองเห็นเนื่องจากความเสื่อมของจอประสาทตา ทำให้พวกเขามีวิสัยทัศน์เพียงพอที่จะเคลื่อนย้ายและอาจฟื้นฟู ความสามารถในการอ่านหรือดูวิดีโอ
Ehud Isacoff ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาระดับโมเลกุลและเซลล์ที่ University of California, Berkeley และผู้อำนวยการ Helen Wills กล่าวว่า "คุณจะฉีดไวรัสนี้เข้าไปในดวงตาของคนๆ หนึ่ง และอีกสองสามเดือนต่อมาพวกเขาก็จะได้เห็นอะไรบางอย่าง" สถาบันประสาทวิทยา.
“…ช่างวิเศษเหลือเกินที่คนตาบอดจะสามารถอ่านจอคอมพิวเตอร์มาตรฐาน สื่อสารทางวิดีโอ ดูหนังได้”
“ด้วยโรคเกี่ยวกับระบบประสาทของเรตินา บ่อยครั้งที่ทุกคนพยายามทำคือการหยุดหรือชะลอการเสื่อมต่อไปอีก แต่บางสิ่งที่ฟื้นคืนภาพลักษณ์ในไม่กี่เดือน—เป็นสิ่งที่น่าคิด”
ผู้คนประมาณ 170 ล้านคนทั่วโลกอาศัยอยู่กับจุดภาพชัดที่เสื่อมสภาพตามอายุ ซึ่งโจมตีหนึ่งใน 10 ของผู้ที่มีอายุมากกว่า 55 ปี ในขณะที่ 1.7 ล้านคนทั่วโลกมีรูปแบบการตาบอดที่สืบทอดมามากที่สุด ซึ่งมักทำให้คนตาบอดตามอายุ จาก 40
John Flannery ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาระดับโมเลกุลและเซลล์ที่อยู่ในคณะ School of Optometry กล่าวว่า "ฉันมีเพื่อนที่ไม่มีการรับรู้แสงและวิถีชีวิตของพวกเขาเป็นสิ่งที่บีบคั้นหัวใจ
“พวกเขาต้องพิจารณาถึงสิ่งที่ผู้ถูกมองเห็นมองข้ามไป ตัวอย่างเช่น ทุกครั้งที่พวกเขาไปโรงแรม เลย์เอาต์ของห้องแต่ละห้องจะแตกต่างกันเล็กน้อย และพวกเขาต้องการใครสักคนที่จะเดินไปรอบๆ ห้องในขณะที่พวกเขาสร้างแผนที่ 3 มิติในหัวของพวกเขา สิ่งของในชีวิตประจำวัน เช่น โต๊ะกาแฟเตี้ย อาจเป็นอันตรายจากการตกลงมา ภาระของโรคมีมหาศาลในหมู่ผู้ที่สูญเสียการมองเห็นอย่างรุนแรงและทุพพลภาพ และพวกเขาอาจเป็นผู้เข้ารับการบำบัดกลุ่มแรก”
การบำบัดแบบใหม่นี้เกี่ยวข้องกับการฉีดไวรัสที่ไม่ทำงานเข้าไปในน้ำเลี้ยงเพื่อส่งยีนไปยังเซลล์ปมประสาทโดยตรง การบำบัดด้วยไวรัสเวอร์ชันก่อนหน้าจำเป็นต้องฉีดไวรัสที่อยู่ใต้เรตินา (ด้านล่าง) (เครดิต: จอห์นแฟลนเนอรี)
ในปัจจุบัน ตัวเลือกสำหรับผู้ป่วยดังกล่าวจำกัดอยู่เพียงการปลูกถ่ายตาแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ติดอยู่กับกล้องวิดีโอที่สวมแว่นตา ซึ่งเป็นการตั้งค่าที่ยุ่งยาก รุกราน และมีราคาแพง ซึ่งสร้างภาพบนเรตินาซึ่งเทียบเท่ากับปัจจุบันเหลือเพียงไม่กี่ร้อย พิกเซล การมองเห็นที่คมชัดปกตินั้นเกี่ยวข้องกับพิกเซลหลายล้านพิกเซล
การแก้ไขข้อบกพร่องทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดความเสื่อมของจอประสาทตานั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากมีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันมากกว่า 250 แบบที่รับผิดชอบต่อการเกิดเม็ดสีเรตินอักเสบเพียงอย่างเดียว ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของสิ่งเหล่านี้ฆ่าเซลล์รับแสงของเรตินา - แท่งซึ่งไวต่อแสงสลัวและโคนสำหรับการรับรู้สีในเวลากลางวัน แต่การเสื่อมสภาพของเรตินอลมักจะสำรองเซลล์เรตินาในชั้นอื่นๆ รวมทั้งเซลล์ไบโพลาร์และปมประสาทเรตินอล ซึ่งยังคงแข็งแรงอยู่แม้ว่าจะไม่ไวต่อแสงก็ตาม เป็นเวลาหลายทศวรรษหลังจากที่ผู้คนตาบอดโดยสิ้นเชิง
ในการทดลองกับหนู นักวิจัยประสบความสำเร็จในการทำให้เซลล์ปมประสาท 90 เปอร์เซ็นต์ไวต่อแสง
ระบบง่ายๆ
นักวิจัยได้ออกแบบไวรัสที่มุ่งเป้าไปที่เซลล์ปมประสาทเรตินอลและบรรจุยีนสำหรับรีเซพเตอร์ที่ไวต่อแสง ออปซินรูปกรวยสีเขียว (ความยาวคลื่นปานกลาง) เพื่อแก้ไขอาการตาบอดในหนูเหล่านี้ โดยปกติ มีเพียงเซลล์รับแสงรูปกรวยเท่านั้นที่แสดงออก opsin และทำให้ไวต่อแสงสีเขียวเหลือง เมื่อนักวิจัยฉีดเข้าไปในตา ไวรัสได้นำยีนเข้าไปในเซลล์ปมประสาท ซึ่งปกติแล้วจะไม่ไวต่อแสง และทำให้พวกมันไวต่อแสงและสามารถส่งสัญญาณไปยังสมองที่ตีความว่าเป็นการมองเห็นได้
"จนถึงขีดจำกัดที่เราสามารถทดสอบหนูได้ คุณไม่สามารถบอกพฤติกรรมของหนูที่ได้รับการรักษาด้วยแสงจากหนูปกติได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ" แฟลนเนอรีกล่าว “คงต้องรอดูกันต่อไปว่าคนไข้แปลว่าอะไร”
ในหนู นักวิจัยได้ส่ง opsins ไปยังเซลล์ปมประสาทส่วนใหญ่ในเรตินา ในการรักษามนุษย์ พวกเขาจะต้องฉีดอนุภาคไวรัสจำนวนมาก เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีเซลล์ปมประสาทมากกว่าตาของหนูหลายพันเท่า แต่ทีมงานได้พัฒนาวิธีการในการเพิ่มประสิทธิภาพการส่งไวรัสและหวังว่าจะใส่เซ็นเซอร์วัดแสงใหม่เข้าไปในเซลล์ปมประสาทที่มีเปอร์เซ็นต์สูงเช่นเดียวกัน ซึ่งเท่ากับจำนวนพิกเซลที่สูงมากในกล้อง
เส้นสีส้มติดตามการเคลื่อนไหวของหนูในช่วงนาทีแรกหลังจากที่นักวิจัยนำพวกมันไปไว้ในกรงแปลก ๆ หนูที่ตาบอด (บน) จับที่มุมและด้านข้างอย่างระมัดระวัง ในขณะที่หนูที่ได้รับการรักษา (ตรงกลาง) จะสำรวจกรงเกือบเท่าหนูที่มองเห็นปกติ (ล่าง) (เครดิต: Ehud Isacoff / John Flannery)
Isacoff และ Flannery ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาง่ายๆ หลังจากพยายามใช้แผนงานที่ซับซ้อนมากขึ้นเป็นเวลากว่าทศวรรษ รวมถึงการแทรกเข้าไปในเซลล์เรตินาที่รอดตายรวมกันของตัวรับสารสื่อประสาทที่ดัดแปลงพันธุกรรมและสวิตช์ทางเคมีที่ไวต่อแสง สิ่งเหล่านี้ใช้ได้ผล แต่ไม่บรรลุความไวของการมองเห็นปกติ Opsins จากจุลินทรีย์ที่ทดสอบที่อื่นก็มีความไวต่ำกว่าเช่นกันซึ่งต้องใช้แว่นตาขยายแสง
ในการจับภาพความไวแสงสูงของการมองเห็นตามธรรมชาติ นักวิจัยได้หันไปใช้ปฏิกิริยารับแสงของเซลล์รับแสง การใช้ไวรัสที่เกี่ยวข้องกับ adeno ที่ติดเชื้อในเซลล์ปมประสาทตามธรรมชาติ พวกเขาประสบความสำเร็จในการส่งยีนสำหรับเรตินอลออปซินเข้าไปในจีโนมของเซลล์ปมประสาท หนูที่ตาบอดก่อนหน้านี้ได้รับการมองเห็นที่คงอยู่ตลอดชีวิต
“การที่ระบบนี้ใช้งานได้จริงนั้นน่าพอใจมาก ส่วนหนึ่งเพราะมันง่ายมาก” Isacoff กล่าว “น่าแปลกที่คุณสามารถทำได้เมื่อ 20 ปีที่แล้ว”
นักวิจัยกำลังระดมทุนเพื่อนำยีนบำบัดไปทดลองในมนุษย์ภายในสามปี ระบบการนำส่ง AAV ที่คล้ายกันได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับโรคตาในผู้ที่มีภาวะจอประสาทตาเสื่อมและไม่มีทางเลือกทางการแพทย์
ฝ่าฟันอุปสรรค
จากข้อมูลของแฟลนเนอรีและไอซาคอฟ คนส่วนใหญ่ในสาขาการมองเห็นจะตั้งคำถามว่า opsins สามารถทำงานนอกเซลล์รับแสงแบบแท่งและแบบกรวยพิเศษได้หรือไม่ พื้นผิวของตัวรับแสงตกแต่งด้วยออปซิน—โรดอปซินเป็นแท่งและออปซินสีแดง เขียว และน้ำเงินในโคน—ฝังอยู่ในเครื่องโมเลกุลที่ซับซ้อน การถ่ายทอดระดับโมเลกุล—การเรียงซ้อนสัญญาณของตัวรับ G-protein ควบคู่—ขยายสัญญาณอย่างมีประสิทธิภาพจนเราสามารถตรวจจับโฟตอนเดียวของแสงได้
ระบบเอนไซม์จะชาร์จออปซินเมื่อตรวจพบโฟตอนและกลายเป็น "ฟอกขาว" ระเบียบข้อเสนอแนะปรับระบบให้เข้ากับความสว่างพื้นหลังที่แตกต่างกันมาก และช่องไอออนพิเศษจะสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่มีศักยภาพ หากไม่มีการย้ายระบบทั้งหมด มีเหตุผลที่จะสงสัยว่า opsin จะไม่ทำงาน
ในเรตินาปกติ เซลล์รับแสง - แท่ง (สีน้ำเงิน) และโคน (สีเขียว) - ตรวจจับแสงและส่งสัญญาณไปยังชั้นอื่น ๆ ของดวงตา สิ้นสุดในเซลล์ปมประสาท (สีม่วง) ซึ่งพูดโดยตรงกับศูนย์การมองเห็นของสมอง (เครดิต: UC Berkeley)
แต่ Isacoff ซึ่งเชี่ยวชาญด้านตัวรับโปรตีนควบคู่ G ในระบบประสาท รู้ว่าส่วนต่างๆ เหล่านี้มีอยู่ในทุกเซลล์ เขาสงสัยว่าออปซินจะเชื่อมต่อกับระบบส่งสัญญาณของเซลล์ปมประสาทม่านตาโดยอัตโนมัติ เขาและแฟลนเนอรีร่วมกันทดลองโรดอปซินซึ่งไวต่อแสงมากกว่าโคนออปซิน
เพื่อความสุขของพวกเขา เมื่อพวกเขาแนะนำโรดอปซินเข้าไปในเซลล์ปมประสาทของหนูที่ก้านและโคนเสื่อมอย่างสมบูรณ์ และผู้ที่ตาบอดในที่สุด สัตว์เหล่านั้นก็ฟื้นความสามารถในการบอกความมืดจากแสง แม้กระทั่งแสงจากห้องที่สลัว แต่โรดอปซินกลับกลายเป็นว่าช้าเกินไปและล้มเหลวในการจดจำภาพและวัตถุ
จากนั้นพวกเขาจึงลองใช้ Green cone opsin ซึ่งตอบสนองได้เร็วกว่า rhodopsin ถึง 10 เท่า อย่างน่าทึ่ง หนูสามารถแยกแยะเส้นขนานจากเส้นแนวนอน เส้นที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดกับระยะห่างที่กว้างขวาง (งานวัดความรุนแรงมาตรฐานของมนุษย์) เส้นเคลื่อนที่กับเส้นที่อยู่นิ่ง การมองเห็นที่ได้รับการฟื้นฟูนั้นมีความละเอียดอ่อนมากจนสามารถใช้ iPads สำหรับการแสดงภาพแทน LED ที่สว่างกว่ามาก
“สิ่งนี้นำข้อความกลับบ้านอย่างทรงพลัง” Isacoff กล่าว “ท้ายที่สุดแล้ว ช่างวิเศษเหลือเกินที่คนตาบอดจะสามารถอ่านจอคอมพิวเตอร์มาตรฐาน สื่อสารทางวิดีโอ ดูหนังได้อีกครั้ง”
ความสำเร็จเหล่านี้ทำให้ Isacoff และ Flannery ต้องการก้าวไปอีกขั้นและค้นหาว่าสัตว์ต่างๆ สามารถนำทางในโลกนี้ด้วยการมองเห็นที่ได้รับการฟื้นฟูหรือไม่ ที่นี่เช่นกัน opsin กรวยสีเขียวก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน หนูที่ตาบอดกลับมามีความสามารถในการแสดงพฤติกรรมที่เป็นธรรมชาติที่สุดอย่างหนึ่ง นั่นคือ การจดจำและสำรวจวัตถุสามมิติ
จากนั้นพวกเขาก็ถามคำถามว่า “จะเกิดอะไรขึ้นถ้าผู้ที่มีการมองเห็นที่กลับมาเป็นปกติแล้วออกไปในที่ที่มีแสงสว่างจ้ากว่าปกติ? พวกเขาจะตาบอดเพราะแสงนั้นหรือ?” Isacoff กล่าวว่าคุณลักษณะที่โดดเด่นอีกอย่างหนึ่งของระบบได้ปรากฏขึ้นที่นี่: เส้นทางการส่งสัญญาณรูปกรวยสีเขียว opsin ปรับตัวได้ สัตว์ที่ตาบอดก่อนหน้านี้ปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงความสว่างและสามารถทำงานได้เช่นเดียวกับสัตว์ที่มองเห็น การปรับตัวนี้ทำงานในช่วงประมาณพันเท่า—โดยพื้นฐานแล้ว ความแตกต่างระหว่างแสงในร่มและกลางแจ้งโดยเฉลี่ย
“เมื่อทุกคนบอกว่ามันจะไม่ได้ผลและคุณบ้า ปกติแล้วนั่นหมายความว่าคุณกำลังสนใจอะไรบางอย่าง” แฟลนเนอรีกล่าว อันที่จริง บางสิ่งบางอย่างเท่ากับการฟื้นฟูการมองเห็นที่มีลวดลายสำเร็จครั้งแรกโดยใช้หน้าจอคอมพิวเตอร์ LCD ครั้งแรกที่ปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของแสงโดยรอบ และครั้งแรกในการฟื้นฟูการมองเห็นวัตถุธรรมชาติ
การวิจัยปรากฏใน การสื่อสารธรรมชาติ. ขณะนี้ ทีมงานกำลังทำงานทดสอบรูปแบบต่างๆ ในธีมที่สามารถฟื้นฟูการมองเห็นสี และเพิ่มความคมชัดและการปรับตัวต่อไป สถาบันตาแห่งชาติของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ, ศูนย์พัฒนายานาโนเพื่อการควบคุมการมองเห็นของการทำงานทางชีวภาพ, มูลนิธิเพื่อการต่อสู้กับคนตาบอด, มูลนิธิความหวังสำหรับการมองเห็น และสถาบันวิจัยการแพทย์โลวีสนับสนุนการวิจัย
ที่มา: เบิร์กลีย์ UC
หนังสือที่เกี่ยวข้อง
at ตลาดภายในและอเมซอน
