อธิบายเกี่ยวกับการมองเห็นของสายตา

นักวิจัยกล่าวว่าภายในเวลาเพียงสามปี การบำบัดด้วยยีนซึ่งส่งผ่านไวรัสที่หยุดทำงานนั้นสามารถทดลองในมนุษย์ที่สูญเสียการมองเห็นเนื่องจากการเสื่อมของจอประสาทตาได้ ซึ่งจะทำให้พวกเขามีวิสัยทัศน์เพียงพอที่จะเคลื่อนไหวไปมาและอาจฟื้นฟูได้ ความสามารถในการอ่านหรือดูวิดีโอ Ehud Isacoff ศาสตราจารย์ด้านอณูชีววิทยาและเซลล์ของ UC Berkeley และผู้อำนวยการ Helen Wills Neuroscience Institute กล่าวว่า "คุณจะฉีดไวรัสนี้เข้าไปในดวงตาของคน และอีก 2-3 เดือนต่อมา พวกเขาก็จะมองเห็นอะไรบางอย่าง" "ด้วยโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาทที่จอประสาทตา ผู้คนมักจะพยายามหยุดหรือชะลอความเสื่อมต่อไป แต่สิ่งที่จะคืนค่าภาพได้ภายในเวลาไม่กี่เดือน เป็นเรื่องที่น่าคิด" ผู้คนราว 170 ล้านคนทั่วโลกมีชีวิตอยู่กับโรคจอประสาทตาเสื่อมที่เกี่ยวข้องกับอายุ ซึ่งพบถึง 1 ใน 10 ของผู้ที่มีอายุมากกว่า 55 ปี ในขณะที่ 1.7 ล้านคนทั่วโลกเป็นโรคจอประสาทตาเสื่อมรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุด นั่นคือ โรคจอประสาทตาอักเสบ (retinitis pigmentosa) ซึ่งมักจะทำให้คนตาบอดเมื่ออายุมากขึ้น จาก 40 “ผมมีเพื่อนที่ไม่มีความรู้รอบตัว และวิถีชีวิตของพวกเขาก็บีบคั้นหัวใจ” จอห์น แฟลนเนอรี ศาสตราจารย์ด้านอณูชีววิทยาและเซลล์แห่งมหาวิทยาลัย UC Berkeley ซึ่งอยู่ในคณะทัศนมาตรศาสตร์กล่าว "พวกเขาต้องพิจารณาสิ่งที่ผู้พบเห็นยอมรับ ตัวอย่างเช่น ทุกครั้งที่ไปโรงแรม เลย์เอาต์ของห้องแต่ละห้องจะแตกต่างกันเล็กน้อย และพวกเขาต้องการคนพาเดินไปรอบๆ ห้องในขณะที่สร้างแผนที่ 3 มิติในหัว สิ่งของในชีวิตประจำวัน เช่น โต๊ะกาแฟเตี้ย อาจตกหล่นได้ ภาระของโรคมีมากในผู้ที่สูญเสียการมองเห็นขั้นรุนแรงและอาจเป็นผู้เข้ารับการบำบัดประเภทนี้เป็นรายแรก" ปัจจุบัน ตัวเลือกสำหรับผู้ป่วยดังกล่าวจำกัดอยู่เพียงการฝังตาอิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อเข้ากับกล้องวิดีโอซึ่งวางอยู่บนแว่นตา การติดตั้งที่ไม่สะดวก รุกล้ำ และมีราคาแพง ซึ่งสร้างภาพบนเรตินาที่เทียบเท่ากับไม่กี่แห่งในปัจจุบัน ร้อยพิกเซล การมองเห็นปกติที่คมชัดเกี่ยวข้องกับล้านพิกเซล การแก้ไขข้อบกพร่องทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดความเสื่อมของจอประสาทตานั้นไม่ตรงไปตรงมาเช่นกัน เนื่องจากมีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันมากกว่า 250 รายการที่ทำให้เกิดโรคจอประสาทตาอักเสบรงควัตถุเพียงอย่างเดียว ประมาณร้อยละ 90 ของเซลล์เหล่านี้ทำลายเซลล์รับแสงของเรตินา ซึ่งเป็นเซลล์รูปแท่งที่ไวต่อแสงสลัว และเซลล์รูปกรวยสำหรับการรับรู้สีในเวลากลางวัน แต่ความเสื่อมของจอประสาทตาโดยทั่วไปจะสำรองชั้นอื่นๆ ของเซลล์เรตินา รวมทั้งเซลล์ไบโพลาร์และเซลล์ปมประสาทเรตินา ซึ่งสามารถคงสุขภาพที่ดีได้แม้ว่าจะไม่ไวต่อแสงเป็นเวลาหลายทศวรรษหลังจากที่คนตาบอดสนิท ในการทดลองในหนู ทีม UC Berkeley ประสบความสำเร็จในการสร้างเซลล์ปมประสาท 90 เปอร์เซ็นต์ที่ไวต่อแสง Isacoff, Flannery และเพื่อนร่วมงานที่ UC Berkeley จะรายงานความสำเร็จของพวกเขาในบทความที่ปรากฏทางออนไลน์ในวันที่ 15 มีนาคมในNature Communications 'คุณสามารถทำได้เมื่อ 20 ปีที่แล้ว' เพื่อแก้ไขอาการตาบอดในหนูเหล่านี้ นักวิจัยได้ออกแบบไวรัสที่กำหนดเป้าหมายไปที่เซลล์ปมประสาทเรตินอลและบรรจุยีนสำหรับตัวรับที่ไวต่อแสง ซึ่งเป็นตัวรับสีเขียว (ความยาวคลื่นปานกลาง) โดยปกติออปซินนี้จะแสดงออกโดยเซลล์รับแสงรูปกรวยเท่านั้น และทำให้พวกมันมีความไวต่อแสงสีเขียว-เหลือง เมื่อฉีดเข้าไปในดวงตา ไวรัสจะนำยีนเข้าสู่เซลล์ปมประสาท ซึ่งปกติจะไม่ไวต่อแสง และทำให้พวกมันไวต่อแสงและสามารถส่งสัญญาณไปยังสมองที่ตีความว่าเป็นการมองเห็นได้ แฟลนเนอรีกล่าวว่า "ถึงขีดจำกัดที่เราสามารถทดสอบหนูได้ คุณไม่สามารถบอกพฤติกรรมของหนูที่ได้รับการบำบัดด้วยแสงจากหนูปกติได้โดยไม่มีอุปกรณ์พิเศษ" "มันยังคงเห็นสิ่งที่แปลในผู้ป่วย" ในหนู นักวิจัยสามารถส่งออปซินไปยังเซลล์ปมประสาทส่วนใหญ่ในเรตินาได้ เพื่อรักษามนุษย์ พวกเขาจำเป็นต้องฉีดอนุภาคไวรัสจำนวนมาก สายตา เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีเซลล์ปมประสาทมากกว่าตาของหนูหลายพันเท่า แต่ทีม UC Berkeley ได้พัฒนาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการส่งไวรัสและหวังว่าจะใส่เซ็นเซอร์วัดแสงใหม่เข้าไปในเซลล์ปมประสาทที่มีเปอร์เซ็นต์สูงใกล้เคียงกัน ซึ่งเป็นจำนวนที่เทียบเท่ากับจำนวนพิกเซลที่สูงมากในกล้อง ไอซาคอฟฟ์และแฟลนเนอรีพบวิธีแก้ไขง่ายๆ หลังจากลองแผนที่ซับซ้อนกว่าทศวรรษมาเป็นเวลากว่าทศวรรษ รวมถึงการใส่ตัวรับสารสื่อประสาทที่ดัดแปลงพันธุกรรมและสวิตช์เคมีที่ไวต่อแสงเข้าไปในเซลล์เรตินาที่รอดชีวิต สิ่งเหล่านี้ใช้งานได้ แต่ไม่ได้รับความไวของการมองเห็นปกติ อ็อปซินจากจุลินทรีย์ที่ทดสอบที่อื่นมีความไวต่ำกว่า โดยต้องใช้แว่นตาขยายแสง เพื่อจับภาพความไวสูงของการมองเห็นตามธรรมชาติ Isacoff และ Flannery หันไปใช้ตัวรับแสงของเซลล์รับแสง การใช้ไวรัสที่เกี่ยวข้องกับอะดีโน (AAV) ที่ติดเชื้อในเซลล์ปมประสาทตามธรรมชาติ แฟลนเนอรีและไอซาคอฟฟ์ประสบความสำเร็จในการส่งมอบยีนสำหรับเรตินอลอปซินเข้าไปในจีโนมของเซลล์ปมประสาท หนูที่ตาบอดก่อนหน้านี้ได้รับการมองเห็นที่กินเวลาตลอดชีวิต "การที่ระบบนี้ใช้งานได้จริง ๆ นั้นน่าพอใจจริง ๆ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะว่ามันง่ายมากด้วย" ไอซาคอฟฟ์กล่าว "แดกดัน คุณสามารถทำสิ่งนี้เมื่อ 20 ปีที่แล้ว" Isacoff และ Flannery กำลังระดมทุนเพื่อนำยีนบำบัดเข้าสู่การทดลองในมนุษย์ภายในสามปี ระบบการนำส่ง AAV ที่คล้ายกันนี้ได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยาสำหรับโรคตาในผู้ที่มีภาวะจอประสาทตาเสื่อมและไม่มีทางเลือกทางการแพทย์ มันไม่สามารถทำงานได้ จากข้อมูลของ Flannery และ Isacoff คนส่วนใหญ่ในสาขาการมองเห็นจะตั้งคำถามว่าออปซินสามารถทำงานนอกเซลล์รับแสงแบบแท่งและเซลล์รูปกรวยเฉพาะของตนได้หรือไม่ พื้นผิวของเซลล์รับแสงได้รับการตกแต่งด้วยออปซิน -- โรโดปซินในรูปแท่ง และออปซินสีแดง เขียวและน้ำเงินในกรวย -- ที่ฝังอยู่ในเครื่องสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน รีเลย์ระดับโมเลกุล - ตัวรับส่งสัญญาณ G-โปรตีนคู่ - ขยายสัญญาณอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้เราสามารถตรวจจับโฟตอนของแสงเดี่ยวได้ ระบบเอนไซม์จะชาร์จออปซินอีกครั้งเมื่อตรวจพบโฟตอนและกลายเป็น "สารฟอกขาว" ระเบียบการป้อนกลับจะปรับระบบให้เข้ากับความสว่างของพื้นหลังที่แตกต่างกันมาก และช่องไอออนพิเศษจะสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่มีศักยภาพ หากไม่มีการปลูกถ่ายระบบทั้งหมดนี้ มีเหตุผลที่จะสงสัยว่า opsin จะไม่ทำงาน แต่ไอซาคอฟฟ์ซึ่งเชี่ยวชาญด้านตัวรับโปรตีนคู่ G ในระบบประสาท รู้ว่ามีหลายส่วนเหล่านี้อยู่ในเซลล์ทั้งหมด เขาสงสัยว่าออปซินจะเชื่อมต่อกับระบบส่งสัญญาณของเซลล์ปมประสาทเรตินาโดยอัตโนมัติ เขาและแฟลนเนอรีร่วมกันทดลองโรดอปซินซึ่งมีความไวต่อแสงมากกว่าโคนออปซิน เพื่อความสุขของพวกเขา เมื่อนำ rhodopsin เข้าไปในเซลล์ปมประสาทของหนูซึ่งแท่งและโคนของหนูได้เสื่อมลงอย่างสมบูรณ์ และเป็นผลให้ตาบอด สัตว์เหล่านั้นก็สามารถบอกความมืดจากแสงได้อีกครั้ง แม้กระทั่งแสงในห้องที่สลัวๆ แต่โรโดปซินกลับช้าเกินไปและล้มเหลวในการจดจำภาพและวัตถุ จากนั้นพวกเขาก็ลองใช้ออปซินรูปกรวยสีเขียว ซึ่งตอบสนองเร็วกว่าโรโดปซินถึง 10 เท่า ที่น่าทึ่งคือ หนูสามารถแยกความแตกต่างระหว่างเส้นขนานกับเส้นแนวนอน เส้นที่มีระยะห่างระหว่างกันอย่างใกล้ชิดกับเส้นที่มีระยะห่างมาก (งานมาตรฐานของมนุษย์) เส้นเคลื่อนที่กับเส้นที่อยู่นิ่ง การมองเห็นที่กลับคืนมานั้นไวมากจนสามารถใช้ iPads สำหรับการแสดงภาพแทนไฟ LED ที่สว่างกว่ามาก "สิ่งนี้นำข้อความกลับบ้านอย่างทรงพลัง" ไอซาคอฟฟ์กล่าว "ท้ายที่สุดแล้ว การที่คนตาบอดสามารถอ่านหน้าจอคอมพิวเตอร์มาตรฐาน สื่อสารผ่านวิดีโอ และชมภาพยนตร์ได้นั้นช่างวิเศษเพียงใด" ความสำเร็จเหล่านี้ทำให้ Isacoff และ Flannery ต้องการก้าวไปอีกขั้นและค้นหาว่าสัตว์ต่างๆ สามารถนำทางไปในโลกด้วยการมองเห็นที่ได้รับการฟื้นฟูได้หรือไม่ ที่น่าทึ่งเช่นกัน กรวยสีเขียว opsin ก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน หนูที่เคยตาบอดสามารถแสดงพฤติกรรมที่เป็นธรรมชาติมากที่สุดอย่างหนึ่งได้อีกครั้ง นั่นคือการจดจำและสำรวจวัตถุสามมิติ จากนั้นพวกเขาถามคำถามว่า "จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคนที่มีการมองเห็นกลับคืนมาออกไปข้างนอกในที่ที่มีแสงจ้ากว่าปกติ พวกเขาจะตาบอดเพราะแสงหรือไม่" ที่นี่มีคุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของระบบเกิดขึ้น Isacoff กล่าวว่า: เส้นทางการส่งสัญญาณ opsin กรวยสีเขียวปรับ สัตว์ที่เคยตาบอดจะปรับตามความสว่างที่เปลี่ยนไปและสามารถทำงานได้เช่นเดียวกับสัตว์ที่มองเห็น การปรับนี้ทำงานในช่วงประมาณหนึ่งพันเท่า โดยพื้นฐานแล้วคือความแตกต่างระหว่างแสงในร่มและกลางแจ้งโดยเฉลี่ย