科研新突破:基因治疗重塑视觉神经



科研新突破:基因治疗重塑视觉神经

2021-06-01 16:48:23 中国航空报

近乎失明40年的老人,在某一天“突然”能看到人行道,并能计算斑马线的数量。这不是小说故事,而是基因治疗的新突破。

该患者是一位58岁的法国男性,此前被诊断为色素性视网膜炎(RP,Retinitis Pigmentosa),这种病是一种遗传性进行性疾病,病因与71多个不同基因突变有关,目前全球已有200多万人“深受其害”。

色素性视网膜炎是一种神经退行性眼病,患者通常在儿童时期就开始视力恶化。由于视网膜上的感光细胞丢失,最终可导致完全失明。一旦患上这种罕见病,往往意味着视力仅仅局限于对光的感知,即患者能感受光的存在,也能区分白天和黑夜,但是眼睛不能分辨其他任何东西。

除了基因替代疗法可对疾病的早期发作起效之外,目前尚无得到批准的色素性视网膜炎治疗方法。

而本次患者接受的基因疗法叫光遗传疗法(optogenetic therapy),研究人员表示,使用的技术叫做光遗传视力恢复,这也是该技术首次用于神经退行性疾病的部分功能恢复。

5月24日,相关论文以《光遗传学治疗后盲人患者视力功能的部分恢复》(Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy)为题发表在Nature Medicine上,美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh) 眼科专家何塞·阿兰·萨赫(JoséAlainSahe)教授是该论文的第一作者。

在参加相关先锋临床试验时,这名老人需要佩戴一款特制护目镜,上面有专用摄像头,该摄像头可检测病人周围环境的光强度变化,还能把拍摄的图像转换成光脉冲,光脉冲被投射到视网膜之后,被改造的神经细胞即可被激活。

通过结合护目镜、基因疗法和光脉冲,患者能用一只眼睛看到部分东西。在测试期间,其有92%的时间能找到、并触摸在他面前的记事本。

使用光遗传学技术从基因角度改变视网膜细胞

研究中,工作人员让患者视力最差的一只眼睛接受玻璃体腔药剂注射,注射内容是一种腺相关病毒(AAV),事实上这也是一种基因治疗方法,即让病毒载体感染人体组织,从而带来有益的有效载荷。

科学家们利用无害的腺相关病毒作为载体,将来自绿藻的可以编码的光敏蛋白ChrimsonR的遗传指令送入患者的一侧眼睛,目标是改造视网膜中央凹的神经节细胞。

上述基因只有藻类表达。其原理是腺相关病毒使用了一种光敏蛋白组合,可以激活ChrimsonR的视紫红质通道蛋白的基因编码,该蛋白是一种敏感蛋白,能够感知琥珀色的光。

这时,被激活的神经细胞会把信号通过视神经传递到大脑,信息在大脑中会被处理和合成视觉感知。使用该办法,患者眼前物体发出的阵阵光线可以刺激他的眼睛,从而增强此前受损视网膜细胞的光感知功能。

注射4个半月后,研究人员开始使用刺激光的护目镜,对患者进行系统的视觉训练。研究人员解释称,刺激光的护目镜使用了一种神经形态照相机,它能从视觉世界捕捉图像,这种照相机可以根据不同事件的不同像素去检测强度的变化。然后,护目镜可以把事件转化为单色图像,并通过局部595纳米的光脉冲实时投影到视网膜上。

在接受了7个月的治疗时间后,被基因改变的细胞开始稳定,病人也开始出现视力改善的迹象。首次可以重新看见时,患者看到的景象是行人过马路时的斑马线,这让他“非常兴奋”。

何塞·阿兰·萨赫(JoséAlainSahe)表示:“我们提出的证据表明注射一种光基因传感器表达的基因治疗载体,(并)结合佩戴光刺激护目镜,可以部分恢复只有光感知视力的色素性视网膜炎患者的视觉功能,”

除了可以看到斑马线,在实验中,在患者面前分别放置一个笔记本、饭盒和不倒翁,他能成功感知物体的定位、并对其进行触摸。

这说明引起感知的视觉过程足够有效,也就是患者的眼睛可以朝向物体,并能通过执行视觉运动任务来观看物体。

在使用护目镜的情况下,他还可识别盘子、杯子、电话、走廊里的一扇门,以及发现房间里的一件家具。实验结果表明,患者能以78%的准确率判断是否有倒下的杯子。

非侵入性脑电图(EEG)帽。




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