盲人通过光遗传学恢复部分视力

一名58岁的男子被诊断患有神经退行性眼病视网膜色素变性,在眼内注射了一种光敏蛋白基因后,他能够使用工程护目镜确定桌子上的物体的位置。

Alejandra Manjarrez
2021年5月24日
光遗传学技术的概念说明
薇罗尼卡Juvin, SciArtWork

年代自从2000年代中期开始,光遗传学以其光激活神经元的潜力成为盲人恢复视力的一项有前途的技术。近年来,至少有两家公司宣布开始临床试验,以测试基于光遗传学的人类疗法,其中一家是最近开始的宣布由于色素性视网膜炎而失明或几乎失明的患者在治疗后可以检测到光线和运动。

看到“光基因疗法更接近临床应用

今天(5月24日),匹兹堡大学的José-Alain Sahel和巴塞尔大学的Botond Roska领导的一个案例研究发表在了《科学》杂志上自然医学提供了首个详细的证据,在同行评审的研究中,一个人的部分功能恢复后,光遗传治疗的视力。

伯尔尼大学的Sonja Kleinlogel没有参与这项研究,他说:“我认为我们光遗传学家都非常希望看到这样的结果,这是第一次发表关于人类通过光遗传学治疗获得视力的文章。”

这篇论文中描述的58岁男性是临床试验的第一个患者,该临床试验部分由GenSight生物公司资助,旨在评估该疗法的安全性,其次是疗效。在参加这项试验的40年前,他被诊断出患有色素性视网膜炎,这是一种罕见的遗传性疾病,会导致视网膜感光细胞退化,从而导致失明。

为了弥补这些光敏细胞的损失,研究小组试图使现有的视网膜神经节细胞——在健康状态下通过其他中间细胞接收来自光感受器的信息——对光做出反应。Roska在上周的新闻发布会上说:“我们通过从微生物中提取光传感器,并使用基因疗法将它们传送到失明的视网膜。”

具体来说,他们注入了最初从藻类中提取的人造通道视紫红质ChrimsonR的基因衣藻noctigama进入患者受损最严重的那只眼睛的中央视网膜。这种光感蛋白通过腺相关病毒载体传递,需要几个月的时间才能在细胞表面完全表达。一旦发生这种情况,就需要用设计好的护目镜来激活它,这种护目镜可以检测周围环境光线的变化,并实时将光脉冲投射到琥珀色光谱中——与插入的蛋白质的峰值敏感度相对应——到载体处理过的视网膜细胞上。

注射与使用护目镜的结合并不足以恢复视力——患者仍然需要视觉训练来学会控制眼球运动,并将物体的视觉感知与物体的物理位置联系起来。这“不是即插即用技术。这是一项使康复成为可能的技术,”Sahel在新闻发布会上说。在治疗前,患者几乎不能察觉光线,但在开始训练7个月后,他报告了视力改善的第一个迹象。

为了严格评估视力的部分增益,团队的表现有所不同测试在实验中,病人被要求在不同的条件下感知、定位、计数和触摸白色桌子上的一个、两个或三个物体(一个笔记本、一个订书钉盒或一组玻璃杯)。没有眼镜,他不能执行任何这些活动,但是当他注入眼睛与眼镜刺激,他的表现大幅提高实例的成功率,他可以感知,定位,和触摸的笔记本在92%的试验中涉及这个大对象的识别。患者在这些试验中的成就被脑电图(EEG)进一步证实,脑电图记录了不同的神经元活动,取决于是否有一个物体在桌面上。

研究参与者在桌子上辨认物体
Youtube,视觉研究所

韦恩州立大学的神经科学家潘卓华,他的团队2006报道了利用光遗传学修复光感受器受损小鼠的光敏感性,说他很高兴看到这些结果。“这是第一次正式发表,(而且)数据非常有说服力。”潘没有参与这项工作,但他是爱力根(Allergan)的科学顾问。爱力根是第一家开展光基因疗法临床试验的公司。

看到“光遗传学的历史修订

罗斯卡在新闻发布会上说,这名患者的视力受到限制,无法提供足够的分辨率来识别或阅读人脸。部分原因可能是患者接受的病毒载体剂量低。还有另外两个病人也注射了同样的剂量。COVID-19大流行没有允许对他们的视力进行充分的培训和评估,但该团队从这些患者那里了解到,这种疗法是安全的,从而允许随后的队列患者接受更高剂量的治疗。萨赫勒说,该小组希望这些剂量的治疗将提供更好的结果。

Kleinlogel说,即使视力恢复不是最理想的,仅仅看到这个原理的工作就给该领域的科学家带来了动力。Kleinlogel是ARCTOS medical公司的联合创始人,这是一家开发光基因工具来改善视力的公司,Roska是该公司的董事会成员。

罗斯卡告诉记者,在不久的将来,我们面临的一个挑战是开发工具和方法,使接受这种疗法的患者的学习过程更有效率。来自注入的视网膜细胞的信息类型对大脑来说是新的,所以临床医生必须教它学习一种新的语言。“一个新的科学领域正在诞生,那就是视觉康复,”他说。