ब्लाइंड चूहे जीन सम्मिलन के बाद अपनी दृष्टि वापस पाएं

ब्लाइंड चूहे जीन सम्मिलन के बाद अपनी दृष्टि वापस पाएंवैज्ञानिकों ने नेत्रहीन चूहों की आंखों में एक ग्रीन-लाइट रिसेप्टर के लिए एक जीन डाला और एक महीने बाद, चूहों को बिना किसी दृष्टि समस्याओं के आसानी से बाधाओं के आसपास नेविगेट किया गया।

चूहों गति, एक हजार गुना सीमा पर चमक परिवर्तन, और पत्र भेद करने के लिए एक iPad पर ठीक विस्तार देख सकते हैं।

शोधकर्ताओं का कहना है कि, तीन साल के भीतर, जीन थेरेपी - जिसे उन्होंने एक निष्क्रिय वायरस के माध्यम से दिया था - उन मनुष्यों में परीक्षण के लिए जा सकता था जो रेटिना अध: पतन के कारण दृष्टि खो चुके हैं, आदर्श रूप से उन्हें घूमने के लिए पर्याप्त दृष्टि दे रहे हैं और संभावित रूप से बहाल कर रहे हैं वीडियो पढ़ने या देखने की उनकी क्षमता।

", आप इस वायरस को एक व्यक्ति की आंख में इंजेक्ट करेंगे और कुछ महीने बाद, वे कुछ देख पाएंगे," कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में आणविक और कोशिका जीव विज्ञान के एक प्रोफेसर, और हेल्स विल्स के निदेशक, एहूद इसाकॉफ कहते हैं। तंत्रिका विज्ञान संस्थान।

"... नेत्रहीन लोगों के लिए एक मानक कंप्यूटर मॉनीटर को पढ़ने, वीडियो द्वारा संवाद करने, एक फिल्म देखने की क्षमता हासिल करने के लिए यह कितना अद्भुत होगा।"

“रेटिना के न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के साथ, अक्सर सभी लोग ऐसा करने की कोशिश करते हैं, जो आगे चलकर अध: पतन होता है। लेकिन कुछ चीजें जो कुछ महीनों में एक छवि को पुनर्स्थापित करती हैं - यह सोचने के लिए एक अद्भुत बात है। ”

170 के बारे में दुनिया भर में दस लाख लोग उम्र से संबंधित धब्बेदार अध: पतन के साथ रहते हैं, जो 10 की उम्र से अधिक 55 लोगों में से एक पर हमला करता है, जबकि 1.7 मिलियन लोगों में दुनिया भर में विरासत में मिला अंधापन, रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा का सबसे सामान्य रूप है, जो आम तौर पर उम्र के अनुसार अंधे लोगों को छोड़ देता है। 40 का।

"मेरे पास कोई प्रकाश धारणा नहीं है, और उनकी जीवन शैली दिल से दुखी है," जॉन फ़्लेनेरी, आणविक और कोशिका जीव विज्ञान के एक प्रोफेसर कहते हैं, जो ऑप्टोमेट्री संकाय के स्कूल में है।


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"उन्हें विचार करना होगा कि लोगों ने क्या दृष्टि डाली। उदाहरण के लिए, हर बार जब वे किसी होटल में जाते हैं, तो प्रत्येक कमरे का लेआउट थोड़ा अलग होता है, और जब वे अपने सिर में 3D नक्शा बनाते हैं, तो उन्हें कमरे में घूमने के लिए किसी की आवश्यकता होती है। कम कॉफी टेबल की तरह हर दिन वस्तुएं गिरने का खतरा हो सकता है। बीमारी का बोझ गंभीर, दृष्टि हानि को अक्षम करने वाले लोगों में भारी है, और वे इस तरह की चिकित्सा के लिए पहले उम्मीदवार हो सकते हैं। ”

ब्लाइंड चूहे जीन सम्मिलन के बाद अपनी दृष्टि वापस पाएंनई थेरेपी में एक जीन को सीधे नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं में ले जाने के लिए इन विट्रोस में निष्क्रिय वायरस को इंजेक्ट करना शामिल है। वायरल थेरेपी के पहले संस्करणों में रेटिना के नीचे (नीचे) वायरस को इंजेक्ट करने की आवश्यकता होती है। (साभार: जॉन फ्लैनरी)

वर्तमान में, इस तरह के रोगियों के लिए विकल्प एक इलेक्ट्रॉनिक कैमरे के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक आंख के प्रत्यारोपण तक सीमित हैं, जो चश्मे के एक जोड़े पर बैठता है - एक अजीब, आक्रामक और महंगा सेटअप जो रेटिना पर एक छवि का उत्पादन करता है जो वर्तमान में, कुछ सौ के बराबर है पिक्सल। सामान्य, तेज दृष्टि में लाखों पिक्सेल शामिल हैं।

रेटिना के अध: पतन के लिए जिम्मेदार आनुवंशिक दोष को सीधा करना, या तो सरल नहीं है, क्योंकि अकेले एक्सिन्यूएक्स से अधिक विभिन्न आनुवंशिक उत्परिवर्तन हैं जो अकेले रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा के लिए जिम्मेदार हैं। इनमें से लगभग 250 प्रतिशत रेटिना के फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं को मारते हैं - छड़, मंद प्रकाश के प्रति संवेदनशील, और शंकु, दिन के उजाले की रंग धारणा के लिए। लेकिन रेटिना अध: पतन आम तौर पर द्विध्रुवी और रेटिना नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं सहित रेटिना कोशिकाओं की अन्य परतों को फैलाता है, जो लोगों के पूरी तरह से अंधे हो जाने के बाद दशकों तक स्वस्थ, हालांकि प्रकाश के प्रति असंवेदनशील रह सकते हैं।

चूहों में उनके परीक्षण में, शोधकर्ताओं ने एक्सएनएक्सएक्स प्रतिशत नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं को प्रकाश के प्रति संवेदनशील बनाने में सफल रहे।

एक सरल प्रणाली

इन चूहों में अंधेपन को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक वायरस को रेटिना गैंग्लियन कोशिकाओं को लक्षित किया और इसे एक प्रकाश-संवेदनशील रिसेप्टर, ग्रीन (मध्यम-तरंग दैर्ध्य) शंकु ओपिन के लिए जीन के साथ लोड किया। आम तौर पर, केवल शंकु फोटोरिसेप्टर कोशिकाएं इस ऑप्सिन को व्यक्त करती हैं और यह उन्हें हरे-पीले प्रकाश के प्रति संवेदनशील बनाती हैं। जब शोधकर्ताओं ने इसे आंख में इंजेक्ट किया, तो वायरस ने जीन को गैंग्लियन कोशिकाओं में ले गए, जो सामान्य रूप से प्रकाश के प्रति असंवेदनशील होते हैं, और उन्हें प्रकाश-संवेदनशील और मस्तिष्क को संकेत भेजने में सक्षम बनाते हैं कि इसे दृष्टि के रूप में व्याख्या किया गया।

"सीमा पर हम चूहों का परीक्षण कर सकते हैं, आप विशेष उपकरणों के बिना सामान्य चूहों से ऑप्टोजेनेटिक रूप से इलाज किए गए चूहों के व्यवहार को नहीं बता सकते हैं," फ्लेनरी कहते हैं। "यह देखा जाना चाहिए कि एक मरीज में क्या अनुवाद है।"

चूहों में, शोधकर्ताओं ने रेटिना में नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं के अधिकांश को opsins दिया। मनुष्यों का इलाज करने के लिए, उन्हें कई और वायरस कणों को इंजेक्ट करने की आवश्यकता होगी क्योंकि मानव आंख में माउस आंख की तुलना में हजारों गुना अधिक नाड़ीग्रन्थि कोशिकाएं होती हैं। लेकिन टीम ने वायरल डिलीवरी को बढ़ाने के लिए साधन विकसित किए हैं और नए प्रकाश संवेदक को गैंग्लियन कोशिकाओं के समान उच्च प्रतिशत में डालने की उम्मीद की है, जो एक कैमरे में बहुत उच्च पिक्सेल संख्याओं के बराबर है।

ब्लाइंड चूहे जीन सम्मिलन के बाद अपनी दृष्टि वापस पाएंनारंगी लाइनें पहले मिनट के दौरान चूहों की गति को ट्रैक करती हैं जब वे शोधकर्ताओं ने उन्हें एक अजीब पिंजरे में डाल दिया। ब्लाइंड चूहों (शीर्ष) सावधानी से कोनों और पक्षों पर रखें, जबकि इलाज किए गए चूहों (बीच में) पिंजरे का लगभग सामान्य दृष्टि से देखे गए चूहों (नीचे) के रूप में पता लगाते हैं। (क्रेडिट: एहूद इसाकॉफ़ / जॉन फ्लैनरी)

इसाकोफ और फ्लैनरी एक दशक से भी अधिक जटिल योजनाओं को आजमाने के बाद साधारण फिक्स पर आए, जिसमें आनुवांशिक रूप से इंजीनियर न्यूरोट्रांसमीटर रिसेप्टर्स और प्रकाश-संवेदी रासायनिक स्विच के जीवित कोशिकाओं के संयोजन को सम्मिलित करना शामिल है। ये काम करते थे, लेकिन सामान्य दृष्टि की संवेदनशीलता को प्राप्त नहीं करते थे। कहीं और परीक्षण किए गए रोगाणुओं के ऑप्सिन में भी कम संवेदनशीलता थी, जिसके लिए प्रकाश-प्रवर्धक चश्मे का उपयोग करना पड़ता था।

प्राकृतिक दृष्टि की उच्च संवेदनशीलता को पकड़ने के लिए, शोधकर्ताओं ने फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के प्रकाश रिसेप्टर opsins की ओर रुख किया। एक एडेनो-जुड़े वायरस का उपयोग करना जो स्वाभाविक रूप से नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं को संक्रमित करता है, उन्होंने गैंग्लियन कोशिकाओं के जीनोम में रेटिना ऑप्सिन के लिए जीन को सफलतापूर्वक वितरित किया। पहले के अंधे चूहों ने दृष्टि प्राप्त कर ली जो जीवन भर चली।

"यह प्रणाली काम करती है, वास्तव में, वास्तव में संतोषजनक, भाग में क्योंकि यह भी बहुत सरल है," इसाकॉफ कहते हैं। "विडंबना यह है कि आप इस 20 साल पहले कर सकते थे।"

शोधकर्ता जीन थेरेपी को तीन साल के भीतर मानव परीक्षण में लेने के लिए धन जुटा रहे हैं। इसी तरह के एएवी डिलीवरी सिस्टम को अपक्षयी रेटिना की स्थिति वाले लोगों में नेत्र रोगों के लिए एफडीए द्वारा अनुमोदित किया गया है और जिनके पास कोई चिकित्सा विकल्प नहीं है।

बाधाओं को परिभाषित करना

फ्लेनरी और इसाकॉफ के अनुसार, दृष्टि क्षेत्र के अधिकांश लोग सवाल करेंगे कि क्या ऑप्सिन अपने विशेष रॉड और शंकु फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के बाहर काम कर सकते हैं। एक फोटोरिसेप्टर की सतह को छड़ में opsins- रोडोप्सिन से सजाया गया है और शंकु में लाल, हरे और नीले रंग के ऑप्सिन - एक जटिल आणविक मशीन में एम्बेडेड है। आणविक रिले-जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर सिग्नलिंग कैस्केड-सिग्नल को इतनी प्रभावी रूप से बढ़ाता है कि हम प्रकाश के एकल फोटोन का पता लगाने में सक्षम हैं।

एक एंजाइम प्रणाली फोटॉन का पता लगाने और "प्रक्षालित" हो जाने के बाद ओपिन को रिचार्ज करती है। फीडबैक विनियमन प्रणाली को बहुत भिन्न पृष्ठभूमि चमक के लिए अनुकूल करता है। और एक विशेष आयन चैनल एक शक्तिशाली वोल्टेज संकेत उत्पन्न करता है। इस पूरी प्रणाली का प्रत्यारोपण किए बिना, यह संदेह करना उचित था कि ऑप्सिन काम नहीं करेगा।

ब्लाइंड चूहे जीन सम्मिलन के बाद अपनी दृष्टि वापस पाएंएक सामान्य रेटिना में, फोटोरिसेप्टर - छड़ (नीला) और शंकु (हरा) - आंख की अन्य परतों में प्रकाश और रिले संकेतों का पता लगाते हैं, जो नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं (बैंगनी) में समाप्त होते हैं, जो सीधे मस्तिष्क के दृष्टि केंद्र से बात करते हैं। (साभार: यूसी बर्कले)

लेकिन इसाकॉफ, जो तंत्रिका तंत्र में जी प्रोटीन-युग्मित रिसेप्टर्स में माहिर थे, जानते थे कि इनमें से कई भाग सभी कोशिकाओं में मौजूद हैं। उन्हें संदेह था कि एक ऑप्सिन स्वचालित रूप से रेटिना नाड़ीग्रन्थि कोशिकाओं के सिग्नलिंग सिस्टम से जुड़ जाएगा। साथ में, उन्होंने और फ्लेनरी ने शुरू में रोडोप्सिन की कोशिश की, जो शंकु ऑप्सिन की तुलना में प्रकाश के प्रति अधिक संवेदनशील है।

अपनी खुशी के लिए, जब उन्होंने चूहों के गैन्ग्लियन कोशिकाओं में रोडोप्सिन की शुरुआत की, जिनकी छड़ और शंकु पूरी तरह से पतित हो गए थे, और जो परिणामस्वरूप अंधे थे, जानवरों ने प्रकाश से अंधेरे को भी बताने की क्षमता हासिल की - यहां तक ​​कि बेहोश कमरे की रोशनी। लेकिन रोडोप्सिन बहुत धीमी गति से निकला और छवि और वस्तु मान्यता में विफल रहा।

उन्होंने फिर ग्रीन कोन ऑप्सिन की कोशिश की, जिसने रोडनोपिन की तुलना में 10 बार तेजी से प्रतिक्रिया दी। उल्लेखनीय रूप से, चूहे क्षैतिज रेखाओं, समानांतर रूप से फैली बनाम व्यापक रूप से दूरी (एक मानक मानव तीक्ष्णता कार्य), लाइनों बनाम स्थिर लाइनों को भेद करने में सक्षम थे। बहाल की गई दृष्टि इतनी संवेदनशील थी कि बहुत ही शानदार एलईडी के बजाय दृश्य डिस्प्ले के लिए आईपैड का इस्तेमाल किया जा सकता था।

"यह शक्तिशाली संदेश घर ले आया," इसाकॉफ कहते हैं। "आखिरकार, नेत्रहीन लोगों के लिए एक मानक कंप्यूटर मॉनीटर को पढ़ने, वीडियो द्वारा संवाद करने, एक फिल्म देखने की क्षमता हासिल करने के लिए यह कितना अद्भुत होगा।"

इस्कॉफ़ और फ़्लेनेरी की इन सफलताओं ने एक कदम आगे जाना और यह पता लगाना चाहते हैं कि क्या जानवर दुनिया में बहाल दृष्टि से नेविगेट कर सकते हैं। हड़बड़ी में, यहाँ भी, हरे शंकु opsin एक सफलता थी। चूहे जो अंधे हो गए थे उन्होंने अपने सबसे प्राकृतिक व्यवहारों में से एक को निष्पादित करने की क्षमता हासिल की: तीन आयामी वस्तुओं को पहचानना और उनकी खोज करना।

उन्होंने फिर सवाल पूछा, “अगर बहाल दृष्टि वाला व्यक्ति तेज रोशनी में बाहर चला जाए तो क्या होगा? क्या वे प्रकाश से अंधे हो जाएंगे? ”यहां, सिस्टम की एक और हड़ताली विशेषता सामने आई, इसाकॉफ कहता है: ग्रीन कोन ऑप्सिन सिग्नलिंग पाथवे एडैप्स। जानवरों को पहले अंधेरा चमक परिवर्तन के लिए समायोजित किया गया था और वह काम के साथ-साथ देखे गए जानवरों को भी कर सकता था। इस अनुकूलन ने औसत से इनडोर और आउटडोर प्रकाश व्यवस्था के बीच लगभग एक हजार गुना के अंतर पर काम किया।

"जब हर कोई कहता है कि यह कभी काम नहीं करेगा और आप पागल हैं, आमतौर पर इसका मतलब है कि आप कुछ पर हैं," फ्लेनरी कहते हैं। दरअसल, कि एलसीडी कंप्यूटर स्क्रीन का उपयोग करते हुए नमूनों वाली दृष्टि के पहले सफल पुनर्स्थापना के लिए कुछ मात्रा में, परिवेश प्रकाश में परिवर्तन के लिए अनुकूल और प्राकृतिक वस्तु दृष्टि को बहाल करने के लिए सबसे पहले।

अनुसंधान में प्रकट होता है संचार प्रकृति। टीम अब इस विषय पर कार्य परीक्षण विविधताओं पर है जो रंग दृष्टि को बहाल कर सकती है और तीक्ष्णता और अनुकूलन को बढ़ा सकती है। नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ, नैनोमेडिसिन डेवलपमेंट सेंटर फॉर ऑप्टिकल कंट्रोल ऑफ बायोलॉजिकल फंक्शन, फाइटिंग ब्लाइंडनेस के लिए फाउंडेशन, विजन फाउंडेशन के लिए आशा और लोवी मेडिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट ने शोध का समर्थन किया।

स्रोत: यूसी बर्कले

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