Para ilmuwan di Universitas California, Berkeley , telah memberikan "buta" sel-sel saraf kemampuan untuk mendeteksi cahaya, membuka jalan bagi terapi inovatif yang bisa mengembalikan penglihatan kepada mereka yang telah kehilangan melalui penyakit.
Sebuah tim yang dipimpin oleh neurobiologi Richard H. Kramer, UC Berkeley profesor biologi molekuler dan sel, dan Dirk Trauner, asisten profesor kimia, dimasukkan saklar diaktifkan cahaya ke sel-sel otak yang biasanya peka terhadap cahaya, yang memungkinkan para peneliti untuk mengaktifkan sel-sel pada dengan cahaya hijau dan mematikannya dengan sinar ultraviolet.
Trik ini berpotensi bisa membantu mereka yang telah kehilangan cahaya-sensitif batang dan kerucut di mata mereka karena kerusakan saraf atau penyakit seperti retinitis pigmentosa atau usia degenerasi makula terkait. Dalam kasus ini, sel-sel fotoreseptor yang mati, tetapi sel saraf lainnya hilir dari fotoreseptor masih hidup. Di khusus, sel-sel ganglion retina, yang merupakan sel ketiga di jalur dari fotoreseptor ke otak, bisa mengambil alih beberapa fungsi dari fotoreseptor jika mereka dapat secara genetik direkayasa untuk merespon terhadap cahaya.
Kramer membayangkan sebuah perangkat, mengingatkan pada lensa mata yang dikenakan oleh Geordi La Forge buta dalam "Star Trek - The Next Generation," yang akan memberikan beberapa persamaan dari dunia nyata.
"Kami mungkin dapat menggunakan laser scanning untuk melacak dan mematikan pola pada retina dan memungkinkan orang tosee pola visual," kata Kramer. "Kadang-kadang saya tidak yakin di mana ilmu pengetahuan berakhir dan fantasi dimulai, tapi saya pikir kita bisa membuatnya bekerja."
"Dengan teknik ini, Anda juga bisa memberikan sensitivitas cahaya pada organisme yang biasanya tidak memiliki visi, seperti cacing nematoda C. elegans," kata Trauner. "Mengambil dari hal baru kimia untuk menunjukkan bahwa ia bekerja dalam sistem biologis adalah terobosan nyata."
Kramer, Trauner dan rekan-rekan mereka akan melaporkan hasil mereka pada 21 November dalam sebuah makalah yang dipublikasikan secara online dalam jurnal Nature Neuroscience.
Ide rekayasa genetik sel hidup retina menjadi sensitif terhadap cahaya memiliki berbagai keuntungan dari pendekatan yang paling umum untuk menciptakan mata bionik - memasukkan elektroda ke dalam saraf optik untuk mensimulasikan sel pemecatan adegan visual biasanya akan merangsang. Meskipun teknik ini bekerja cukup baik dalam telinga - saksi keberhasilan implan koklea - mata adalah tempat yang jauh lebih rumit, Kramer mengatakan.
"Ini adalah pendekatan yang lebih organik kurang invasif dibandingkan elektroda," kata Kramer, mencatat bahwa masuknya elektroda dapat menyebabkan masalah dengan biokompatibilitas. Elektroda juga yang besar dan cenderung untuk merangsang bank seluruh sel sekaligus, yang akan membatasi resolusi.
"Seberapa baik elektroda akan bekerja tergantung pada kepadatan dari array elektroda dan seberapa baik Anda dapat menikahi elektroda dengan elemen saraf di bawahnya," katanya. "Pendekatan kami tidak hanya chip pada retina - mungkin memungkinkan kita untuk menutupi seluruh retina dengan sel-sel peka cahaya Jika setiap saraf merespon secara individual, Anda bisa melakukan scan yang sangat halus dari bidang retina dan membuat jauh, jauh lebih baik. resolusi spasial. "
Saat ini, diakui upaya awal di memulihkan terlihat dengan elektroda dalam sel ganglion retina, yang akson bundel bersama untuk membentuk saraf optik memasuki otak, memungkinkan pasien untuk melihat sedikit lebih dari patch cahaya dan gelap, Kramer mencatat.
Kramer, seorang peneliti dengan Helen Wills UC Berkeley Neuroscience Research Institute dan anggota kampus Ilmu Kesehatan Initiative, studi saluran ion - protein katup yang mengatur aliran atom bermuatan dalam dan keluar dari sel. Mencakup membran sel saraf, dan saluran natrium kalium, khususnya, memfasilitasi transmisi sinyal listrik sepanjang sel.
Trauner, di sisi lain, mengkhususkan diri dalam sintesis besar, molekul kompleks. Bersama-sama, dua ilmuwan dikandung ide memodifikasi saluran ion untuk mengubahnya menjadi saklar remote control yang dapat digunakan untuk mengubah sel saraf dan mematikan.
Mereka memutuskan untuk berkonsentrasi pada saluran kalium, yang akan terbuka bila mengembangkan sebuah perbedaan tegangan antara bagian dalam dan luar sel saraf. Saluran terbuka memungkinkan ion kalium positif mengalir keluar dari sel, menyamakan tegangan dan mengubah sel off.
Trauner, Kramer dan tim mereka merancang suatu cara untuk kembali insinyur saluran kalium untuk merespon cahaya daripada tegangan. Untuk menciptakan buatan channel dan masukkan ke dalam sel hidup, mereka mengambil pendekatan dua langkah. Pertama, mereka bermutasi gen untuk saluran ion - menggunakan sebagai bahan mereka memulai saluran kalium ditemukan pada lalat buah - sehingga, jika dinyatakan dalam sel, saluran rusak dan selalu tetap terbuka. Mereka juga menambahkan molekul ekstra - sistein asam amino - untuk protein saluran sehingga, sekali protein akan di tempat di membran sel, molekul ini menggantung dari permukaan luar sel seperti kail ikan.
Mereka kemudian dimasukkan gen saluran kalium ke dalam sel bermutasi dari hippocampus tikus - sel yang ditemukan di dalam otak dan tidak pernah melihat cahaya hari. Untuk mencapai hal ini dalam percobaan kultur sel mereka, mereka membanjiri budaya dengan gen bermutasi dalam sepotong melingkar DNA yang disebut plasmid, yang sel-sel mudah mengambil. Mereka diperiksa untuk melihat berapa banyak sel-sel hipokampus mengambil gen dengan juga mencuci sel-sel dengan plasmid yang mengandung gen untuk protein fluorescent hijau, yang menyala hijau bila terkena dengan sinar UV. Sel mengambil satu plasmid biasanya memakan waktu sampai plasmid lain, dan hampir semua sel bersinar hijau.
Langkah kedua adalah untuk mencuci sel-sel dengan sebuah saklar kimia sintesis yang gloms ke hook sistein. Para photoswitch - senyawa azobenzene - dibangun seperti plug menguras menambatkan kaku, sehingga ketika akhir menambatkan mengikat sistein, pasang cocok pas ke saluran kalium.