混合化学/基因疗法恢复视网膜的光敏感性在失明的老鼠，狗
一种新的基因疗法帮助失明的老鼠和狗恢复了一些对光的敏感性，足以让老鼠区分闪烁和非闪烁的灯光，这为未来的人类临床试验奠定了基础。
这种疗法利用一种病毒将一种普通离子通道的基因插入到正常的盲区细胞视网膜中存活下来的光敏杆细胞和视锥细胞由于疾病而死亡色素性视网膜炎．光开关是一种受到光线照射后会改变形状的化学物质，然后连接到离子通道上，使它们对光线做出反应，激活视网膜细胞，恢复对光的敏感性。
色素性视网膜炎困扰着所有年龄段的人，它会导致视力逐渐丧失，就像数码相机的像素丢失一样。从周围到中心的视力都会丧失，通常会导致人们无法在周围环境中导航。大约有10万美国人患有这类遗传性视网膜疾病。
本周，该杂志早期版在网上发表了一篇论文美国国家科学院院刊在美国加州大学伯克利分校的一项研究中，发明光开关疗法的科学家和宾夕法尼亚大学兽医学院的兽医同事报告说，先天失明的老鼠重新获得了像正常老鼠一样在水迷宫中行走的能力。
这种疗法在恢复先天失明的老鼠和狗的光反应方面同样有效，这表明恢复盲人的部分光敏感性是可行的。
“狗的视网膜和我们的非常相似，比老鼠的要多得多，所以当你想把视觉疗法带到诊所时，你首先要证明它在疾病的大型动物模型中起作用，”首席研究员埃胡德·艾萨克夫(Ehud Isacoff)说细胞生物学加州大学伯克利分校。“我们现在已经证明，我们可以在狗和老鼠的盲视网膜上提供光开关，并恢复光反应，而且这种治疗具有相同的灵敏度和反应速度。我们可以让狗的视网膜复活。”
优于其他基因疗法
加州大学伯克利分校视觉科学、分子和细胞生物学教授、视觉科学家约翰·弗兰纳里说，这种疗法比目前正在研究的其他视力恢复疗法有几个优点。它使用一种已经被美国食品和药物管理局(Food & Drug Administration)批准用于眼部其他基因疗法的病毒;它传递的离子通道基因与人类体内常见的离子通道基因相似，不像其他物种的离子通道基因;通过提供新的化学光电开关，它可以很容易地逆转或调整。患有视网膜变性的狗为新疗法提供了一个关键测试。
他说:“我们在老鼠身上测试视力的能力非常非常有限，因为即使在健康状态下，它们也不是很擅长视觉的动物，它们的行为在很大程度上是由其他感官驱动的。”“狗有非常复杂的视觉系统，已经被用于测试眼科基因疗法。”
这些狗是从饲养员那里救出来的，它们被选中是因为它们遗传了一种遗传疾病，这种疾病与一些人类色素性视网膜炎患者的基因缺陷相同。PennVet殖民地的几只猫接受了治疗，目前正在接受测试，以确定它们现在对光线的敏感程度。
宾夕法尼亚大学兽医学院眼科学副教授威廉·贝尔特兰说:“看到加州大学伯克利分校的这种药物-光遗传学策略在小鼠身上的一些结果，可以被我们PennVet的团队在视网膜变性晚期的狗身上复制，这真的很令人兴奋。”“使用这种临床相关的大型动物模型，使我们能够开始应对将这种新型治疗策略转化为人类患者的道路上的下一个挑战。”
混合化学-基因疗法
像色素性视网膜炎这样的遗传疾病会破坏眼睛的感光细胞，即感光细胞，但通常会完好无损地保留视网膜中的其他细胞:感光细胞通常与之交流的双极细胞，以及视网膜向大脑输出的神经节细胞。Isacoff, Flannery和加州大学伯克利分校的同事已经开发了几种光遗传技术，用于恢复幸存的视网膜细胞的光敏感性，而不是光感受器。这包括使用腺相关病毒——一种常见的无害的基因治疗载体或载体——成功地将修饰过的基因携带到这些细胞中。病毒将治疗基因插入到细胞的DNA中，并利用其指令产生一种受体蛋白——一种常见谷氨酸受体离子通道的改良版——并将其显示在细胞表面。
然后，研究人员将一种化学光开关注入眼睛，“基本上，就是一根悬吊在光敏线上的谷氨酸盐，”艾萨克夫说，“它固定在修饰过的受体上，并在被光激活时将谷氨酸盐塞进它在受体上的停靠点。”最新版本的光开关速度足够快，可以以接近每秒30帧的视频速率打开和关闭视网膜神经元的活动。
在小鼠身上，他们可以成功地将该基因插入到大约100万个视网膜神经节细胞中的几乎每一个细胞中。研究人员说，这应该可以恢复有用的视力。
“所以我们有合理的速度和大量的像素，现在的问题是:经过处理的动物能看到什么?到目前为止，我们可以说接受治疗的老鼠可以区分稳定的光和闪烁的光。我们的下一步是弄清楚他们在区分图像方面有多好，”1933届主席艾萨克夫说。
哪些细胞有视力?
研究人员想要回答的一个关键问题是，将光开关插入神经节细胞或双极细胞中是最好的。病毒可以针对其中一种。由于从上游双极细胞流向视网膜输出神经节细胞的活动在视网膜回路中经历了大量的处理，研究人员希望当双极细胞被赋予了前所未有的新功能时，同样的处理也会发生，感光性．
答案似乎是肯定的。
Isacoff说:“当我们将光开关通道放入双极细胞并记录神经节细胞的输出时，我们看到了复杂的模式，与将相同的光开关放入神经节细胞时所获得的开关活动相比，它看起来很像正常视网膜中的活动。”
“狗狗的行为应该向我们展示，在驱动系统和驱动系统之间是否存在功能差异双极细胞兑神经节细胞弗兰纳里说。
他指出，在对光开关进行一次“充电”后，这种疗法只能有效约一周，因为蛋白质和附着的化学物质会被细胞循环利用。当修饰后的受体不断被替换时，由于新的基因永远留在DNA中，化学光开关——马来酰亚胺偶氮苯谷氨酸(MAG)必须通过注射到眼球中来补充。目前，这意味着每周左右注射一次，未来开发缓释制剂的频率会降低。
“这并不一定是一个缺点，”Isacoff说，“因为治疗可以停止，随着新的光敏化学物质的改进，可以尝试。”
研究人员继续研究治疗对小鼠和狗的影响，改进光开关，并开发将光开关连接到其他感受器的方法，包括一些可以放大信号并允许感知更微弱的光的方法，就像通常发生在杆状和锥状细胞中一样。
NIH的资金持续提供
这项研究的实验、分析和大部分设计是由第一合著者，研究生本杰明·高布和技术人员迈克尔·贝里，以及博士后研究员迈克尔·凯因兹勒、安德烈亚斯·赖纳和技术人员艾米·霍尔特完成的，他们都来自加州大学伯克利分校，纳塔莉亚·多尔戈娃和谢尔盖·尼科诺夫在宾夕法尼亚大学古斯塔沃·阿吉雷和威廉·贝尔特朗的实验室里工作。
这项工作由美国国立卫生研究院为生物功能光学控制纳米医学发展中心(PN2EY018241)提供的9年赠款，以及美国国立卫生研究院资助的RO1EY06855和P30EY001583，以及美国抗盲基金会的赠款。
弗兰纳里说:“NIH的资助让我们从设计化学光开关到在狗身上进行实验治疗，”他指出，加州大学伯克利分校的化学家、分子生物学家和视觉科学家组成的跨学科团队发挥了至关重要的作用。
“在此过程中，我们开发了可以应用于突触如何工作和神经电路如何工作的基础科学的工具，”艾萨克夫补充道。“这些衍生产品本身可能会对临床产生影响。”
