211service.com
Aklās peles redz gaismu
Aklajām pelēm attīstījās rudimentāra redze, kad pētnieki aktivizēja noteiktas tīklenes šūnas, izmantojot gēnu, kas parasti atrodams aļģēs. Peles varēja ne tikai sajust gaismas klātbūtni, bet arī reaģēt uz kustīgu melnbaltu rakstu, kas liecina, ka tās varēja atšķirt noteikta izmēra objektus.
Skatiet, kā viņi darbojas: Šīs aklās peles tīklenes ārējā virsmā trūkst bieza fotoreceptoru šūnu slāņa, kas parasti parādās kā papildu zila slāņa labajā malā. Redzīgās peles fotoreceptoru šūnas informē redzes sistēmu, kad ir gaisma. Tā vietā šīs peles ON bipolārās šūnas — vēl viens tīklenes šūnu tips, kas parādīts zaļā krāsā — ir izstrādātas tā, lai noteiktu gaismu un reaģētu uz to, izmantojot gaismas jutīgu kanālu proteīnu, kas parasti atrodams aļģēs. Peles, kas tika ārstētas ar šī kanāla proteīna gēnu, aizbēga no spilgtas gaismas un sekoja kustīgam melnbaltam paraugam, kas liecināja, ka tām ir rudimentāras vizuālās spējas.
Jūs neredzētu ļoti smalkas detaļas, bet jūs redzētu dažus lielākus objektus, saka Botonds Roska , neirobiologs uzņēmumā Frīdriha Mīsera Biomedicīnas pētījumu institūts , Šveicē, kurš vadīja pētījumu kopā ar līdzstrādniekiem plkst Hārvardas Medicīnas skola . Viņu rezultāti tika publicēti tiešsaistē šonedēļ Dabas neirozinātne .
Pētījumā izmantotajām pelēm ir ģenētiski kontrolēta akluma forma, kurā tīklenē trūkst visu fotoreceptoru šūnu. Šis stāvoklis, ko izraisa tādas slimības kā makulas deģenerācija vai pigmentozais retinīts, ir galvenais cilvēku akluma cēlonis. Tā kā peļu fotoreceptoru šūnas pilnībā nebija, pētnieki mērķēja uz nākamo vizuālās ķēdes šūnu slāni, ko sauc par bipolārajām šūnām.
Parasti bipolārās šūnas reaģē uz gaismas intensitāti. Apakšgrupa, ko sauc par ON bipolārajām šūnām, aizdegas, reaģējot uz gaismu, bet cita apakšgrupa, ko sauc par OFF bipolārajām šūnām, izslēdzas, reaģējot uz gaismu. Šie signāli darbojas kopā, lai pastāstītu smadzenēm par tuvumā esošo objektu spilgtumu. Aklajām pelēm neviens no šiem šūnu tipiem, kas parasti saņem informāciju no fotoreceptoru šūnām, nevar sajust gaismas klātbūtni.
Roska grupa mērķēja uz ON bipolārajām šūnām, izmantojot gaismas jutīgu aļģu proteīnu, ko sauc par kannelrodopsīnu-2 (ChR2), lai nodrošinātu gaismas jutību tur, kur iepriekš tāda nebija. Būtībā mēs pārveidojām fotoreceptorus tīklenē, saka Roska.
ChR2 proteīns iegulst ON bipolārās šūnas ārējā membrānā, kur tas darbojas kā gaismas kanāls. Kad ir gaisma, kanāls atveras, un pozitīvi lādēti joni ieplūst šūnā. Šis pozitīvā lādiņa pieplūdums aktivizē šūnu, izraisot neirotransmiteru izdalīšanos un izplatot reakciju uz citiem blakus esošajiem neironiem. Tīrais efekts ir tāds, ka gaismas impulss ģenerē elektrisku signālu, kas iziet cauri acij un galu galā smadzenēm.
Triks bija mērķēt tikai uz bipolārajām šūnām. Ja OFF bipolārās šūnas — vai kāds no daudziem citiem tīklenes šūnu veidiem — arī tiktu padarītas jutīgas pret gaismu, smadzenes saņemtu jauktus signālus, reaģējot uz gaismu. Tāpēc pirms ChR2 gēna injicēšanas pelēm acīs pētnieki to mainīja ar regulējošās DNS fragmentu, uz kuru reaģētu tikai ON bipolārās šūnas. Tādā veidā, lai gan visi tīklenes šūnu veidi paņēma gēnu, tikai ON bipolārās šūnas veidoja ChR2 proteīnu.
Atšķirībā no saviem aklajiem kolēģiem, ārstētās peles reaģēja uz spilgtu gaismu, skraidot ap būriem, it kā lai paslēptos. Un, novietojot uz nekustīgas platformas rotējošā cilindrā ar melnbaltām svītrām, apstrādātās peles sekoja kustīgajam modelim. Izmantojot pakāpeniski mazākas svītras, pētnieki varēja novērtēt peļu spējas atrisināt detaļas — tas ir apmēram uz pusi labāks nekā parastajām pelēm, kā izrādās.
Šajā dokumentā bija skaisti tas, ka viņi spēja atjaunot uzvedības funkciju, kas bija ļoti, ļoti tīra un skaidra, saka Eds Boidens , docents MIT mediju laboratorija , kurš ir aizsācis ChR2 izmantošanu smadzeņu bioinženierijā. Šis ir pirmais uzvedības uzlabojums, par kuru cilvēki ziņojuši par šī gēna izmantošanu redzes sistēmā, saka Boidens, kurš nebija iesaistīts pētījumā.
Ja metode ir pielāgota cilvēku akluma ārstēšanai, saka Roska, gēns, iespējams, tiks piegādāts, izmantojot vīrusu, ko sauc par AAV. Šis vīruss ir plaši izplatīts cilvēka gēnu terapijas līdzeklis — to nesen izmantoja, lai izārstētu ārkārtīgi retu cilvēka akluma veidu, un tas ir izrādījies drošs un efektīvs vairākos klīniskos pētījumos. Pielāgojot tā apvalka proteīnu, pētnieki varētu pielāgot AAV, lai inficētu tikai ON bipolārās šūnas, pievienojot vēl vienu specifiskuma slāni.
Roska saka, ka vīrusu ievadīšana varētu palielināt tehnikas efektivitāti, iespējams, vēl vairāk uzlabojot redzi. Lai gan peļu pētījumā izmantotā gēna ievadīšanas metode skāra tikai aptuveni 10 procentus ON bipolāru šūnu, AAV var paplašināt gēna sasniedzamību.
Nākotnē Roska un viņa kolēģi plāno pievērsties arī bipolārās ķēdes otrai pusei - OFF bipolārajām šūnām. Nesen Boyden un citi ir izstrādājuši sava veida ChR2 māsas metodi, izmantojot kanāla proteīnu, ko sauc par halorodopsīnu, kas deaktivizē šūnas, reaģējot uz gaismu. Ja halorodopsīns tiktu īpaši izteikts OFF bipolārajās šūnās, varētu atjaunot arī šo vizuālās ķēdes komponentu. Tas dotu jums sava veida push-pull kontroli pār informācijas nokļūšanu smadzenēs, saka Boidens.
Bet Roska grupa joprojām meklē gēnu regulatoru, kas raksturīgs OFF bipolārajām šūnām, lai tās varētu mērķēt uz halorodopsīnu ar atbilstošu specifiskumu. Lai gan mums ir pareizais rīks, viņš saka, mums nav īstās adreses.