211service.com
Blinda möss ser ljuset
Blinda möss utvecklade rudimentär syn när forskare aktiverade vissa retinala celler med hjälp av en gen som vanligtvis finns i alger. Mössen kunde inte bara känna närvaron av ljus, utan de reagerade också på ett rörligt svart-vitt mönster, vilket tyder på att de kunde urskilja föremål av en viss storlek.
Se hur de fungerar: Saknas från den yttre ytan av den här blinda musens näthinna är ett tjockt lager av fotoreceptorceller, som normalt skulle visas som en extra blå sträng längst till höger. I en seende mus är det fotoreceptorcellerna som talar om för synsystemet när ljus är närvarande. Istället har denna muss ON bipolära celler – en annan retinal celltyp, visad i grönt – konstruerats för att detektera och svara på ljus med hjälp av ett ljuskänsligt kanalprotein som normalt finns i alger. Möss som behandlats med genen för detta kanalprotein sprang från ett starkt ljus och följde ett rörligt svart-vitt mönster, vilket tyder på att de hade rudimentära visuella förmågor.
Du skulle inte se de mycket fina detaljerna, men du skulle se några större föremål, säger Botond Roska , en neurobiolog vid Friedrich Miescher-institutet för biomedicinsk forskning , i Schweiz, som ledde forskningen tillsammans med medarbetare på Harvard Medical School . Deras resultat publicerades online denna vecka i Naturens neurovetenskap .
Mössen som används i studien har en form av genetiskt kontrollerad blindhet där alla fotoreceptorceller saknas i näthinnan. Detta tillstånd, orsakat av sådana sjukdomar som makuladegeneration eller retinitis pigmentosa, är den främsta orsaken till blindhet hos människor. Eftersom mössens fotoreceptorceller var helt frånvarande, riktade forskarna sig mot nästa lager av celler i den visuella kretsen, kallade bipolära celler.
Vanligtvis svarar bipolära celler på ljusintensiteten. En undergrupp som kallas ON bipolära celler avfyrar som svar på ljus, medan en annan undergrupp, som kallas OFF bipolära celler, stängs av som svar på ljus. Dessa signaler samverkar för att berätta för hjärnan om ljusstyrkan hos närliggande föremål. Hos blinda möss kan ingen av dessa celltyper – som normalt får sin information från fotoreceptorceller – känna närvaron av ljus.
Roskas grupp riktade in sig på de ON-bipolära cellerna, med hjälp av ett ljuskänsligt algprotein som heter channelrhodopsin-2 (ChR2) för att ge ljuskänslighet där det tidigare inte fanns någon. I huvudsak omarbetade vi fotoreceptorer i näthinnan, säger Roska.
ChR2-proteinet bäddar in sig i en ON-bipolär cells yttre membran, där det fungerar som en ljusstyrd kanal. När ljus är närvarande öppnas kanalen och positivt laddade joner strömmar in i cellen. Detta inflöde av positiv laddning aktiverar cellen, utlöser frisättningen av neurotransmittorer och sprider svaret till andra närliggande neuroner. Nettoeffekten är att en ljuspuls genererar en elektrisk signal som tar sig igenom ögat och i slutändan till hjärnan.
Tricket var att rikta endast PÅ bipolära celler. Om OFF bipolära celler - eller någon av de många andra retinala celltyperna - också gjordes ljuskänsliga, skulle hjärnan få blandade signaler som svar på ljus. Så innan de injicerade ChR2-genen i mössens ögon, ändrade forskarna den med en bit av regulatoriskt DNA som bara ON bipolära celler skulle svara på. På det sättet, även om alla retinala celltyper tog upp genen, gjorde endast ON bipolära celler ChR2-proteinet.
Till skillnad från sina blinda motsvarigheter reagerade behandlade möss på starkt ljus genom att springa runt sina burar som för att gömma sig. Och när de placerades på en stillastående plattform inuti en roterande trumma med svart-vita ränder, följde de behandlade mössen det rörliga mönstret. Genom att använda gradvis mindre ränder kunde forskarna mäta gränsen för mössens förmåga att lösa detaljer - det är ungefär hälften så bra som för vanliga möss, som det visar sig.
Det som var vackert med detta papper var att de kunde återställa en beteendefunktion som var väldigt, väldigt ren och tydlig, säger Ed Boyden , en biträdande professor vid MIT Media Lab , som har banat väg för användningen av ChR2 för bioteknik i hjärnan. Detta är den första beteendeförbättringen som människor har rapporterat för användningen av den här genen i det visuella systemet, säger Boyden, som inte var involverad i forskningen.
Om tekniken är anpassad för att behandla blindhet hos människor, säger Roska, kommer genen sannolikt att levereras med ett virus som kallas AAV. Detta virus är ett vanligt verktyg för mänsklig genterapi - det användes nyligen för att bota en extremt sällsynt typ av mänsklig blindhet - och det har visat sig säkert och effektivt i ett antal kliniska prövningar. Genom att justera sitt pälsprotein kan forskare potentiellt anpassa AAV för att infektera endast PÅ bipolära celler, vilket lägger till ytterligare ett lager av specificitet.
Viral leverans kan förstärka teknikens effektivitet, säger Roska, och kanske förbättra synen ännu mer. Medan tekniken som användes för att administrera genen i musstudien bara påverkade cirka 10 procent av ON bipolära celler, kan AAV utöka genens räckvidd.
I framtiden planerar Roska och hans kollegor också att ta itu med den andra halvan av den bipolära kretsen – de OFF bipolära cellerna. Nyligen har Boyden och andra utvecklat en slags systerteknik till ChR2, med hjälp av ett kanalprotein som kallas halorhodopsin som inaktiverar celler som svar på ljus. Om halorhodopsin uttrycktes specifikt i OFF bipolära celler, skulle den komponenten i den visuella kretsen också kunna återställas. Det skulle ge dig en slags push-pull-kontroll för att få information in i hjärnan, säger Boyden.
Men Roskas grupp söker fortfarande efter en genregulator som är specifik för OFF bipolära celler så att de kan rikta in sig på halorhodopsin med adekvat specificitet. Även om vi har rätt verktyg, säger han, har vi inte rätt adress.