211service.com
Blinde mus ser lyset
Blinde mus udviklede et rudimentært syn, da forskere aktiverede visse nethindeceller ved hjælp af et gen, der almindeligvis findes i alger. Musene kunne ikke kun mærke tilstedeværelsen af lys, men de reagerede også på et bevægende sort-hvidt mønster, hvilket tyder på, at de kunne skelne objekter af en vis størrelse.
Se hvordan de kører: Mangler fra den ydre overflade af denne blinde mus' nethinde er et tykt lag af fotoreceptorceller, som normalt vil fremstå som et ekstra blåt skår yderst til højre. Hos en seende mus er det fotoreceptorcellerne, der fortæller det visuelle system, når lys er til stede. I stedet er denne mus's ON bipolære celler - en anden retinal celletype, vist med grøn - blevet konstrueret til at detektere og reagere på lys ved hjælp af et lysfølsomt kanalprotein, der normalt findes i alger. Mus behandlet med genet for dette kanalprotein løb væk fra et stærkt lys og fulgte et bevægeligt sort-hvidt mønster, hvilket tyder på, at de havde rudimentære visuelle evner.
Du ville ikke se de meget fine detaljer, men du ville se nogle større genstande, siger Botond Roska , en neurobiolog ved Friedrich Miescher Institut for Biomedicinsk Forskning , i Schweiz, der ledede forskningen sammen med samarbejdspartnere på Harvard Medical School . Deres resultater blev offentliggjort online i denne uge i Natur Neurovidenskab .
Musene, der blev brugt i undersøgelsen, har en form for genetisk kontrolleret blindhed, hvor alle fotoreceptorcellerne mangler i nethinden. Denne tilstand, forårsaget af sådanne sygdomme som makuladegeneration eller retinitis pigmentosa, er den førende årsag til blindhed hos mennesker. Fordi musenes fotoreceptorceller var fuldstændig fraværende, målrettede forskerne det næste lag af celler i det visuelle kredsløb, kaldet bipolære celler.
Normalt reagerer bipolære celler på lysintensitet. En undergruppe kaldet ON bipolære celler affyrer som reaktion på lys, mens en anden undergruppe, kaldet OFF bipolære celler, lukker ned som reaktion på lys. Disse signaler arbejder sammen for at fortælle hjernen om lysstyrken af nærliggende objekter. Hos de blinde mus kan ingen af disse celletyper - som normalt modtager deres information fra fotoreceptorceller - fornemme tilstedeværelsen af lys.
Roskas gruppe målrettede de ON bipolære celler ved at bruge et lysfølsomt algeprotein kaldet channelrhodopsin-2 (ChR2) for at give lysfølsomhed, hvor der ikke tidligere var nogen. I det væsentlige omkonstruerede vi fotoreceptorer ind i nethinden, siger Roska.
ChR2-proteinet indlejrer sig i en ON bipolær celles ydre membran, hvor det fungerer som en lys-gatet kanal. Når lys er til stede, åbner kanalen sig, og positivt ladede ioner strømmer ind i cellen. Denne tilstrømning af positiv ladning aktiverer cellen, udløser frigivelsen af neurotransmittere og udbreder responsen til andre nærliggende neuroner. Nettoeffekten er, at en lysimpuls genererer et elektrisk signal, der går gennem øjet og i sidste ende til hjernen.
Tricket var kun at målrette mod bipolære celler. Hvis OFF bipolære celler - eller nogen af de mange andre retinale celletyper - også blev gjort lysfølsomme, ville hjernen modtage blandede signaler som reaktion på lys. Så før de injicerede ChR2-genet i musenes øjne, ændrede forskerne det med et udsnit af regulatorisk DNA, som kun ON bipolære celler ville reagere på. På den måde, selvom alle retinale celletyper optog genet, var det kun ON bipolære celler, der lavede ChR2-proteinet.
I modsætning til deres blinde modstykker reagerede behandlede mus på stærkt lys ved at løbe rundt i deres bure, som om de skulle gemme sig. Og når de blev placeret på en stille platform inde i en roterende tromle med sort-hvide striber, fulgte de behandlede mus det bevægelige mønster. Ved at bruge gradvist mindre striber var forskerne i stand til at måle grænsen for musenes evne til at løse detaljer - det er omkring halvt så godt som normale mus, som det viser sig.
Det smukke ved dette papir var, at de var i stand til at genoprette en adfærdsfunktion, der var meget, meget ren og klar, siger Ed Boyden , en adjunkt ved MIT Media Lab , der har været banebrydende for brugen af ChR2 til bioengineering i hjernen. Dette er den første adfærdsforbedring, som folk har rapporteret for brugen af dette gen i det visuelle system, siger Boyden, som ikke var involveret i forskningen.
Hvis teknikken er tilpasset til at behandle blindhed hos mennesker, siger Roska, vil genet sandsynligvis blive leveret ved hjælp af en virus kaldet AAV. Denne virus er et almindeligt værktøj til human genterapi - den blev for nylig brugt til at levere en kur mod en ekstremt sjælden type menneskelig blindhed - og den har vist sig sikker og effektiv i en række kliniske forsøg. Ved at justere dets pelsprotein kunne forskere potentielt tilpasse AAV til kun at inficere PÅ bipolære celler, hvilket tilføjer endnu et lag af specificitet.
Viral levering kunne forstærke teknikkens effektivitet, siger Roska, og måske forbedre synet endnu mere. Mens teknikken, der blev brugt til at administrere genet i museundersøgelsen, kun påvirkede omkring 10 procent af ON bipolære celler, kan AAV udvide genets rækkevidde.
I fremtiden planlægger Roska og hans kolleger også at tage fat på den anden halvdel af det bipolære kredsløb - de OFF bipolære celler. For nylig har Boyden og andre udviklet en slags søsterteknik til ChR2 ved at bruge et kanalprotein kaldet halorhodopsin, der deaktiverer celler som reaktion på lys. Hvis halorhodopsin blev udtrykt specifikt i OFF bipolære celler, kunne den komponent af det visuelle kredsløb også genoprettes. Det ville give dig en slags push-pull kontrol med at få information ind i hjernen, siger Boyden.
Men Roskas gruppe søger stadig efter en genregulator, der er specifik for OFF bipolære celler, så de kan målrette halorhodopsin med tilstrækkelig specificitet. Selvom vi har det rigtige værktøj, siger han, har vi ikke den rigtige adresse.