Ученые из Университета Калифорнии, Беркли , дали «слепой» нервных клеток, способность обнаруживать свет, прокладывая путь к инновационной терапии, которая могла бы восстановить зрение тех, кто потерял его через болезнь.
Команда под руководством нейробиолог Ричард Крамер, Калифорнийский университет в Беркли профессор молекулярной и клеточной биологии, и Дирк Trauner, доцент кафедры химии, вставлены светочувствительное коммутационное устройство в клетки мозга обычно нечувствительны к свету, что позволяет исследователям свою очередь клеток на зеленым светом, и отключить их ультрафиолетом.
Этот прием потенциально может помочь тем, кто потерял светочувствительных палочек и колбочек в их глазах из-за повреждения нерва или заболеваниями, такими как пигментный ретинит или возрастной макулярной дегенерации. В этих случаях клетки фоторецепторов мертвы, но и другие нервные клетки вниз по течению от фоторецепторов все еще живы. В частности, ганглиозных клеток сетчатки, которые третью ячейку в пути от фоторецепторов к мозгу, может взять на себя некоторые функции фоторецепторов, если они могут быть генетически реагировать на свет.
Крамер предполагает устройство, напоминающее окуляр носят слепой Geordi La Forge в "Star Trek - The Next Generation", что даст некоторое подобие реального мира.
"Мы можем быть в состоянии использовать лазерное сканирование, чтобы проследить и выключать узоры на сетчатку и позволяют людям tosee зрительных образов," Крамер сказал. "Иногда я не уверен, где кончается наука и начинается фантазия, но я думаю, мы можем заставить ее работать."
"С помощью этой техники, вы также могли бы придать светочувствительность на организмы, которые обычно не имеют видения, такие как нематоды червя C. Элеганс", Trauner сказал. "Принимая это от химического новинка чтобы показать, что он работает в биологической системе настоящий прорыв".
Крамер, Trauner и их коллеги будут сообщать о своих результатах на 21 ноября в статье, опубликованной онлайн в журнале Nature Neuroscience.
Идея генной инженерии выживших клеток сетчатки быть чувствительны к свету имеет различные преимущества по сравнению с наиболее распространенным подходом к созданию бионических глаз - вставка электроды в зрительный нерв, чтобы имитировать ячейки стрельб визуальные сцены обычно возбуждают. Хотя этот метод работает достаточно хорошо в ухе - свидетельство успеха кохлеарных имплантатов - глаз гораздо сложнее, место, сказал Крамер.
"Это более органичным, менее инвазивный подход, чем электроды," Крамер сказал, отметив, что введение электродов может вызвать проблемы с биосовместимости. Электроды также большие и, как правило, стимулируют весь банк клеток одновременно, что будет ограничивать разрешение.
"Как хорошо электродов будет работать, зависит от плотности электрода массив и насколько хорошо вы можете жениться на электродах с нервных элементов внизу," сказал он. "Наш подход заключается не просто чип на сетчатке - это может позволить нам охватить весь сетчатки с светочувствительных клеток Если каждый нерв реагирует индивидуально, вы могли бы сделать очень тонкой сканирование сетчатки поле и создать гораздо, гораздо лучше. пространственного разрешения ".
Ток, правда первые попытки восстановления зрения с электродами в ганглиозных клеток сетчатки, аксоны которых пучок вместе, чтобы сформировать зрительный нерв в мозг, позволяют пациенту увидеть немного больше, чем пятна света и тьмы, отметил Крамер.
Крамер, исследователь Хелен Завещания Беркли научно-исследовательский институт неврологии, а также членом здравоохранения в кампусе наук инициативы, исследования ионных каналов - белков клапаны, которые регулируют поток заряженных атомов в и из клетки. Spanning мембран нервных клеток, натрия и калия каналов, в частности, способствовать передаче электрических сигналов по длине клетки.
Trauner, с другой стороны, специализируется в области синтеза больших и сложных молекул. Вместе эти два ученых задумал изменения ионного канала, чтобы превратить его в дистанционном управлении переключатель, который может быть использован для свою очередь, нервные клетки и выключается.
Они решили сосредоточиться на калиевого канала, который открывается, когда разность напряжений между развивается внутри и за пределами нервной клетки. Открытый канал позволяет положительный поток ионов калия из клетки, выравнивания напряжения и превращения клетка прочь.
Trauner, Крамер и их команда разработан способ перестроить калиевых каналов реагировать на свет, а не напряжения. Чтобы создать этот искусственный канал и вставить его в живых клетках, они взяли два этапа. Во-первых, они мутировали гена ионных каналов - используя в качестве исходного материала калиевого канала обнаружили у плодовых мушек - так что, когда выражение в ячейке, канал не работает и всегда остается открытым. Они также добавили дополнительные молекулы - аминокислоты цистеина - к каналу белка, так что, как только белок попадает в место в клеточной мембране, эта молекула болтается от внешней поверхности клетки, как рыболовный крючок.
Затем они вставлены мутировавший ген калиевого канала в клетки из гиппокампе крысы - клетки, которые находятся внутри мозга и никогда не увидит свет. Для достижения этой цели в их эксперименте культуры клеток, они затопили культуры с видоизмененный ген внутри круговой кусок ДНК, называемых плазмид, какие клетки легко занять. Они проверили, чтобы видеть, как многие из гиппокампа клетки взял гена также мытье клеток с плазмиды, содержащей ген зеленого флуоресцентного белка, который светится зеленым, когда хит с ультрафиолетовым светом. Клетки занимают один плазмиды обычно занимают другие плазмиды, и почти все клетки светился зеленым цветом.
Вторым шагом было мыть клеток с химически синтезированных переключатель, который gloms на цистеин крючок. Photoswitch - азобензола соединения - был построен как сливную пробку на жесткой привязи, так что, когда конец троса связывается с цистеин, вилка плотно в калиевых каналов.