Blind Mice Dapatkan Penglihatan Mereka Setelah Penyisipan Gen

Blind Mice Dapatkan Penglihatan Mereka Setelah Penyisipan GenPara ilmuwan memasukkan gen untuk reseptor lampu hijau ke mata tikus buta dan, sebulan kemudian, tikus itu menavigasi di sekitar rintangan semudah mereka yang tidak memiliki masalah penglihatan.

Tikus bisa melihat gerakan, kecerahan berubah pada rentang seribu kali lipat, dan detail halus pada iPad yang cukup untuk membedakan huruf.

Para peneliti mengatakan bahwa, dalam waktu tiga tahun, terapi gen — yang mereka sampaikan melalui virus yang tidak aktif — dapat digunakan untuk pengujian pada manusia yang kehilangan penglihatan karena degenerasi retina, idealnya memberi mereka visi yang cukup untuk bergerak dan berpotensi memulihkan kemampuan mereka membaca atau menonton video.

"Anda akan menyuntikkan virus ini ke mata seseorang dan, beberapa bulan kemudian, mereka akan melihat sesuatu," kata Ehud Isacoff, seorang profesor biologi molekuler dan sel di University of California, Berkeley, dan direktur Helen Wills Institut Ilmu Saraf.

"... Betapa indahnya bagi orang buta untuk mendapatkan kembali kemampuan membaca monitor komputer standar, berkomunikasi melalui video, menonton film."

“Dengan penyakit neurodegeneratif retina, seringkali semua orang mencoba lakukan adalah menghentikan atau memperlambat degenerasi lebih lanjut. Tetapi sesuatu yang memulihkan gambar dalam beberapa bulan — itu adalah hal yang menakjubkan untuk dipikirkan. ”

Tentang 170 juta orang di seluruh dunia hidup dengan degenerasi makula terkait usia, yang menyerang satu pada orang 10 di atas usia 55, sementara 1.7 juta orang di seluruh dunia memiliki bentuk paling umum kebutaan yang diwariskan, retinitis pigmentosa, yang biasanya membuat orang buta karena usia. dari 40.

"Saya punya teman tanpa persepsi cahaya, dan gaya hidup mereka menyayat hati," kata John Flannery, seorang profesor biologi molekuler dan sel yang ada di fakultas School of Optometry.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


“Mereka harus mempertimbangkan apa yang orang anggap terima begitu saja. Misalnya, setiap kali mereka pergi ke hotel, setiap tata letak ruangan sedikit berbeda, dan mereka membutuhkan seseorang untuk berjalan di sekitar ruangan sementara mereka membangun peta 3D di kepala mereka. Benda sehari-hari, seperti meja kopi rendah, bisa menjadi bahaya jatuh. Beban penyakit sangat besar di antara orang-orang dengan kehilangan penglihatan yang parah dan melumpuhkan, dan mereka mungkin menjadi kandidat pertama untuk jenis terapi ini. ”

Blind Mice Dapatkan Penglihatan Mereka Setelah Penyisipan GenTerapi baru melibatkan menyuntikkan virus yang tidak aktif ke dalam cairan vitreus untuk membawa gen langsung ke sel-sel ganglion. Versi sebelumnya dari terapi virus diperlukan untuk menyuntikkan virus di bawah retina (bawah). (Kredit: John Flannery)

Saat ini, pilihan untuk pasien semacam itu terbatas pada implan mata elektronik yang dihubungkan ke kamera video yang duduk di atas sepasang kacamata — pengaturan yang canggung, invasif dan mahal yang menghasilkan gambar pada retina yang setara, saat ini, hingga beberapa ratus piksel. Penglihatan yang normal dan tajam melibatkan jutaan piksel.

Mengoreksi cacat genetik yang bertanggung jawab atas degenerasi retina juga tidak mudah, karena ada lebih dari 250 mutasi genetik berbeda yang bertanggung jawab atas retinitis pigmentosa saja. Sekitar 90 persen dari ini membunuh sel fotoreseptor retina — batang, peka terhadap cahaya redup, dan kerucut, untuk persepsi warna siang hari. Tetapi degenerasi retina biasanya menyisakan lapisan sel retina lainnya, termasuk sel bipolar dan ganglion retina, yang dapat tetap sehat, meskipun tidak peka terhadap cahaya, selama beberapa dekade setelah orang menjadi benar-benar buta.

Dalam uji coba mereka pada tikus, para peneliti berhasil membuat 90 persen sel ganglion peka cahaya.

Sistem yang sederhana

Untuk membalikkan kebutaan pada tikus-tikus ini, para peneliti merancang virus yang ditargetkan untuk sel ganglion retina dan mengisinya dengan gen untuk reseptor peka cahaya, yaitu kerucut hijau (sedang-panjang gelombang) kerucut. Biasanya, hanya sel-sel fotoreseptor kerucut yang mengekspresikan opsin ini dan membuatnya sensitif terhadap cahaya hijau-kuning. Ketika para peneliti menyuntikkannya ke mata, virus membawa gen tersebut ke dalam sel-sel ganglion, yang biasanya tidak sensitif terhadap cahaya, dan membuat mereka peka terhadap cahaya dan mampu mengirimkan sinyal ke otak yang ditafsirkan sebagai penglihatan.

"Sampai batas yang kami bisa menguji tikus, Anda tidak bisa mengetahui perilaku tikus yang diperlakukan secara optogenetik dari tikus normal tanpa peralatan khusus," kata Flannery. "Masih harus dilihat apa yang diterjemahkan pada seorang pasien."

Pada tikus, para peneliti mengirimkan opsins ke sebagian besar sel ganglion di retina. Untuk mengobati manusia, mereka perlu menyuntikkan lebih banyak partikel virus karena mata manusia mengandung ribuan kali lebih banyak sel ganglion daripada mata tikus. Tetapi tim telah mengembangkan cara untuk meningkatkan pengiriman virus dan berharap untuk memasukkan sensor cahaya baru ke dalam persentase sel ganglion yang sama tingginya, jumlah yang setara dengan jumlah piksel yang sangat tinggi dalam kamera.

Blind Mice Dapatkan Penglihatan Mereka Setelah Penyisipan GenGaris oranye melacak pergerakan tikus selama menit pertama setelah mereka peneliti menempatkan mereka ke dalam kandang yang aneh. Tikus buta (atas) dengan hati-hati menjaga sudut dan sisinya, sementara tikus yang dirawat (tengah) menjelajahi kandang hampir sama seperti tikus yang terlihat normal (bawah). (Kredit: Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff dan Flannery menemukan perbaikan sederhana setelah lebih dari satu dekade mencoba skema yang lebih rumit, termasuk memasukkan ke dalam sel retina kombinasi reseptor neurotransmitter yang direkayasa secara genetika dan sakelar kimia peka cahaya. Ini berhasil, tetapi tidak mencapai sensitivitas penglihatan normal. Opsins dari mikroba yang diuji di tempat lain juga memiliki sensitivitas yang lebih rendah, membutuhkan penggunaan kacamata penguat cahaya.

Untuk menangkap sensitivitas tinggi penglihatan alami, para peneliti beralih ke opsins reseptor cahaya sel fotoreseptor. Menggunakan virus terkait adeno yang secara alami menginfeksi sel-sel ganglion, mereka berhasil mengirimkan gen untuk retina opsin ke dalam genom sel-sel ganglion. Tikus yang sebelumnya buta memperoleh penglihatan yang berlangsung seumur hidup.

"Bahwa sistem ini bekerja sangat, sangat memuaskan, sebagian karena itu juga sangat sederhana," kata Isacoff. "Ironisnya, kamu bisa melakukan 20 ini bertahun-tahun yang lalu."

Para peneliti mengumpulkan dana untuk mengambil terapi gen ke dalam percobaan manusia dalam waktu tiga tahun. Sistem pengiriman AAV serupa telah disetujui oleh FDA untuk penyakit mata pada orang dengan kondisi retina degeneratif dan yang tidak memiliki alternatif medis.

Menentang peluang

Menurut Flannery dan Isacoff, kebanyakan orang di bidang penglihatan akan mempertanyakan apakah opsins dapat bekerja di luar sel khusus batang dan sel fotoreseptor mereka. Permukaan fotoreseptor didekorasi dengan opsins — rhodopsin dalam batang dan opsins merah, hijau, dan biru dalam kerucut — tertanam dalam mesin molekuler yang rumit. Relai molekul — kaskade pensinyalan reseptor ditambah protein-G memperkuat sinyal secara efektif sehingga kita dapat mendeteksi foton cahaya tunggal.

Sistem enzim mengisi ulang opsin begitu ia mendeteksi foton dan menjadi “diputihkan.” Regulasi umpan balik menyesuaikan sistem dengan kecerahan latar yang sangat berbeda. Dan saluran ion khusus menghasilkan sinyal tegangan kuat. Tanpa mentransplantasikan seluruh sistem ini, masuk akal untuk mencurigai bahwa opsin tidak akan berfungsi.

Blind Mice Dapatkan Penglihatan Mereka Setelah Penyisipan GenDalam retina normal, fotoreseptor - batang (biru) dan kerucut (hijau) - mendeteksi sinyal cahaya dan menyampaikan ke lapisan lain mata, berakhir pada sel ganglion (ungu), yang berbicara langsung ke pusat penglihatan otak. (Kredit: UC Berkeley)

Tetapi Isacoff, yang berspesialisasi dalam reseptor berpasangan protein G dalam sistem saraf, tahu bahwa banyak dari bagian ini ada di semua sel. Dia menduga bahwa opsin secara otomatis akan terhubung ke sistem pensinyalan sel ganglion retina. Bersama-sama, ia dan Flannery awalnya mencoba rhodopsin, yang lebih sensitif terhadap cahaya daripada kerucut opsins.

Betapa senangnya mereka, ketika mereka memasukkan rhodopsin ke dalam sel-sel ganglion tikus yang batang dan kerucutnya telah sepenuhnya merosot, dan yang akibatnya buta, binatang-binatang itu mendapatkan kembali kemampuannya untuk mengetahui gelap dari cahaya — bahkan cahaya ruangan yang redup. Tetapi rhodopsin ternyata terlalu lambat dan gagal dalam pengenalan gambar dan objek.

Mereka kemudian mencoba opsin kerucut hijau, yang merespons 10 kali lebih cepat daripada rhodopsin. Hebatnya, tikus mampu membedakan paralel dari garis-garis horizontal, garis-garis yang jaraknya dekat versus jarak yang luas (tugas ketajaman manusia standar), garis-garis bergerak versus garis-garis diam. Visi yang dipulihkan sangat sensitif sehingga iPad dapat digunakan untuk tampilan visual, bukan LED yang lebih terang.

"Ini dengan kuat membawa pesan itu pulang," kata Isacoff. "Lagi pula, betapa indahnya bagi orang buta untuk mendapatkan kembali kemampuan membaca monitor komputer standar, berkomunikasi melalui video, menonton film."

Keberhasilan ini membuat Isacoff dan Flannery ingin melangkah lebih jauh dan mencari tahu apakah hewan dapat bernavigasi di dunia dengan visi yang dipulihkan. Yang mengejutkan, di sini juga, opsin kerucut hijau itu sukses. Tikus yang buta mendapatkan kembali kemampuannya untuk melakukan salah satu perilaku paling alami mereka: mengenali dan menjelajahi objek tiga dimensi.

Mereka kemudian mengajukan pertanyaan, “Apa yang akan terjadi jika seseorang dengan penglihatan yang dipulihkan pergi ke luar menuju cahaya yang lebih terang? Apakah mereka akan dibutakan oleh cahaya? ”Di sini, fitur mencolok lain dari sistem muncul, Isacoff mengatakan: Jalur sinyal kerucut hijau opsin beradaptasi. Hewan yang sebelumnya buta disesuaikan dengan perubahan kecerahan dan dapat melakukan tugas seperti halnya hewan yang terlihat. Adaptasi ini bekerja pada kisaran sekitar seribu kali lipat — perbedaannya, pada dasarnya, antara pencahayaan rata-rata di dalam dan luar ruangan.

"Ketika semua orang mengatakan itu tidak akan berhasil dan Anda gila, biasanya itu berarti Anda tertarik pada sesuatu," kata Flannery. Memang, sesuatu itu berarti restorasi pertama yang berhasil dari penglihatan berpola menggunakan layar komputer LCD, yang pertama beradaptasi dengan perubahan cahaya sekitar, dan yang pertama mengembalikan penglihatan objek alami.

Penelitian ini muncul di Alam Komunikasi. Tim ini sekarang sedang mengerjakan variasi pengujian pada tema yang dapat mengembalikan penglihatan warna dan selanjutnya meningkatkan ketajaman dan adaptasi. National Eye Institute dari National Institutes of Health, Pusat Pengembangan Nanomedicine untuk Kontrol Optik Fungsi Biologis, Yayasan untuk Memerangi Kebutaan, Yayasan Harapan untuk Visi, dan Lembaga Penelitian Medis Lowy mendukung penelitian ini.

Sumber: UC Berkeley

Buku terkait

{amazonWS: searchindex = Buku; kata kunci = obat kebutaan; maxresult = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}