Forskere ved University of California, Berkeley , har gitt "blind" nerveceller evnen til å oppdage lyset, banet vei for en innovativ terapi som kunne gjenopprette synet til de som har mistet det gjennom sykdom.
Et team ledet av nevrobiolog Richard H. Kramer, UC Berkeley professor i molekylær-og cellebiologi, og Dirk Trauner, assisterende professor i kjemi, satt inn en lys-aktivert bryter inn i hjernen celler normalt ufølsom for lys, slik at forskerne å slå cellene på med grønt lys og slå dem av med ultrafiolett lys.
Dette trikset kan potensielt hjelpe de som har mistet lys-sensitive stenger og kjegler i deres øyne på grunn av nerveskader eller sykdommer som retinitis pigmentosa eller aldersrelatert makuladegenerasjon. I disse tilfellene fotoreseptoren cellene er døde, men andre nerveceller nedstrøms fotoreseptorene er fortsatt i live. Spesielt retinal ganglion celler, som er den tredje cellen i banen fra fotoreseptoren til hjernen, kunne ta over noen av funksjonene til fotoreseptorene om de kunne være genmodifisert til å reagere på lys.
Kramer ser for seg en enhet, som minner om okularet bæres av den blinde Geordi La Forge i "Star Trek - The Next Generation", som ville gi noen skinn av den virkelige verden.
"Vi kan kanskje bruke laser scanning å spore av og mønstre på netthinnen og tillate folk tosee visuelle mønstre," Kramer sa. "Noen ganger er jeg ikke sikker på hvor vitenskapen slutter og fantasi begynner, men jeg tror vi kan gjøre det arbeidet."
"Med denne teknikken, du også kan gi lysfølsomhet på organismer som normalt ikke har syn, slik som nematode orm C. elegans," Trauner sa. "Ta dette fra en kjemisk nyhet å vise at det fungerer i et biologisk system er et virkelig gjennombrudd."
Kramer, Trauner og deres kolleger vil rapportere sine resultater på den 21 november i en artikkel publisert online i tidsskriftet Nature Neuroscience.
Ideen om genetisk ingeniør-overlevende netthinnens celler til å være følsom for lys har flere fordeler fremfor den vanligste tilnærmingen til å skape et bionic øye - å sette elektroder inn i synsnerven å simulere cellen firings en visuell scene normalt ville opphisse. Selv om denne teknikken fungerer ganske godt i øret - vitne til suksess cochlea-implantater - øyet er en mye mer komplisert sted, sa Kramer.
"Dette er en mer organisk, mindre invasiv tilnærming enn elektroder," Kramer sier, og bemerker at innsetting av elektroder kan forårsake problemer med biokompatibilitet. Elektroder også er store og har en tendens til å stimulere en hel bank av celler på en gang, noe som ville begrense oppløsningen.
"Hvor godt elektroder ville fungere avhenger av tettheten av elektroden array og hvor godt du kan gifte elektrodene med nevrale elementene under," sa han. "Vår tilnærming er ikke bare en chip på netthinnen - det kan tillate oss å dekke hele netthinnen med lyssensitive celler Hvis hver nerve reagerer individuelt, kan du gjøre en veldig fin scan av retinal feltet og skaper mye, mye bedre. romlig oppløsning. "
Current, riktignok tidlig forsøk på å gjenopprette synet med elektroder i retinal ganglion cellene, hvis axoner bunt sammen for å danne synsnerven går inn i hjernen, la pasienten se litt mer enn flekker av lys og mørke, Kramer bemerket.
Kramer, forsker ved UC Berkeley er Helen Wills Neuroscience Research Institute og medlem av campus Health Sciences Initiative, studier ionekanaler - protein ventiler som regulerer strømmen av ladede atomer i og ut av cellene. Spanning membraner av nerveceller, natrium og kalium kanaler, særlig lette overføring av elektriske signaler langs lengden av cellen.
Trauner, derimot, har spesialisert seg i å syntetisere store, komplekse molekyler. Sammen unnfanget de to forskerne ideen om å modifisere en ionekanal å slå den inn i en fjernstyrt bryter som kan brukes til å slå nerveceller og på.
De bestemte seg for å konsentrere seg om kalium kanalen, som åpnes når en spenning forskjell utvikler mellom innsiden og utsiden av en nervecelle. Den åpne kanalen lar positive kalium ioner strømme ut av cellen, utjevne spenningen og slå cellen av.
Trauner, Kramer og deres team utviklet en måte å redesigne den kaliumkanaler å reagere på lys i stedet for spenning. Å lage denne kunstige kanalen og sett det inn i levende celler, tok de en to-trinns tilnærming. Først muterte de genet for ionekanal - bruker som sitt utgangspunkt materialet kalium kanalen som finnes i frukt fluer - slik at når uttrykt i en celle, er kanalen brutt og alltid holder åpent. De har også lagt til en ekstra molekyl - aminosyren cystein - til kanalen protein, slik at når protein kommer på plass i cellemembranen, dette molekylet henger utenfor den ytre overflaten av cellen som en fiskekrok.
De deretter satt den muterte kaliumkanaler gen inn celler fra hippocampus av en rotte - celler som er funnet inne i hjernen og aldri se dagens lys. For å oppnå dette i sin celle kultur eksperiment, oversvømte de kulturen med det muterte genet inne i et sirkulært stykke DNA kalt en plasmid, hvilke celler som lett tar opp. De sjekket for å se hvor mange av hippocampus cellene tok opp genet ved også å vaske cellene med et plasmid som inneholder genet for grønt fluorescerende protein, som lyser grønt når hit med UV-lys. Cellene tar opp en plasmid vanligvis ta opp andre plasmider, og nesten alle cellene glødet grønt.
Det andre trinnet var å vaske cellene med en kjemisk syntetisert bryter som gloms på cystein kroken. Den photoswitch - en azobenzene compound - ble bygget som en tappeplugg på en rigid tjore, slik at når enden av tjoret binder seg til cystein, passer pluggen godt inn i kalium kanalen.