Новости и мнения

Восстановление зрения

Стратегия передачи сигналов нервным клеткам сетчатки может показаться многообещающей как шаг к альтернативному дизайну протеза сетчатки.

Свет, попадающий в глаз, воспринимается клетками, экспрессирующими фоторецепторы, которые преобразуют световые сигналы в электрические сигналы, воспринимаемые клетками ганглия сетчатки, которые передают эти сигналы в мозг. При дегенеративных заболеваниях глаз, таких как пигментный ретинит и дегенерация желтого пятна, эти светочувствительные клетки постепенно отмирают, что приводит к прогрессирующей слепоте.

Для лечения этих заболеваний некоторые исследователи разрабатывают протезы сетчатки, которые объясняют «код» электрических импульсов, распознаваемых ганглиозными клетками сетчатки. Другие исследуют методы, чтобы сделать сами ганглиозные клетки чувствительными к свету. И теперь третья стратегия исследователей из Корнелльского университета, опубликованная сегодня (13 августа) в журнале « Известия Национальной академии наук» , опирается на обе эти попытки, создав систему, в которой код ганглиозных клеток сетчатки преобразуется в световые импульсы, которые передают сигналы трансгенным нейронам. экспрессирование с помощью светочувствительного рецептора.

«Нам нужны альтернативы [существующим устройствам]», – сказал Джеймс Вейланд из Исследовательского центра Doheny Vision в Университете Южной Калифорнии, который не принимал участия в исследовании. По его словам, имплантаты сетчатки использовались у пациентов, но «результаты были ограничены».

Например, компания по вторичному протезированию сетчатки глаза Second Sight , которая сотрудничает с Weiland, использует имплантируемые электроды, которые получают сигналы от камеры, надетой на солнцезащитные очки. Цифровые изображения с камеры преобразуются в электрические импульсы, основанные на яркости пикселей, которые передаются беспроводным способом на электродную решетку в глазу пациента. Импульсы от электродов стимулируют нейроны сетчатки, в том числе ганглиозные клетки сетчатки. Результаты недавнего клинического испытания демонстрируют, что у пациентов с пигментным ретинитом может восстановиться некоторая зрительная функция, такая как обнаружение движения и определение местоположения объектов, и что эти пациенты могут достичь зрения 20/1262. Но Шейла Ниренберг из Корнелла утверждает, что этого недостаточно, учитывая, что 20/200 является юридически слепым.

Одной из причин этого ограниченного успеха может быть то, что имплантированные электроды Second Sight не запускаются по тем же схемам, что и ганглиозные клетки сетчатки людей с нормальным зрением. Ганглиозные клетки сетчатки, стимулируемые светочувствительными клетками, запускают определенные образцы в ответ на определенные изображения, что позволяет нам различать различные объекты, такие как деревья, от лиц. Чтобы восстановить существенное зрение, Ниренберг, как и многие другие исследователи, считает, что медицинское устройство должно стимулировать ганглиозные клетки сетчатки в глазах слепых пациентов, чтобы посылать те же сигналы, что и в зрячих глазах. Другими словами, протезы сетчатки должны найти способ «кодировать» изображение, попадающее в глаз, такое как лицо, в паттерн сигнала, который побудит ганглиозные клетки сетчатки в слепой сетчатке запустить тот же паттерн, стимулируемый лицом в зрительная сетчатка.

Чтобы достичь этого, Ниренберг и ее коллеги разработали систему, объединяющую «кодировщик» и проектор. Кодировщик преобразовывал изображения, как лицо ребенка, в правильный образец световых импульсов, которые затем проецировались на ганглиозные клетки сетчатки, которые были трансфицированы рецептором светочувствительного канала родопсином 2 (ChR2). Используя изолированные сетчатки мыши, исследователи продемонстрировали, что изображения, преобразованные в световые импульсы, могут стимулировать ChR2-экспрессирующие ганглии к стрельбе по схеме, подобной зрительным сетчаткам. Однако если бы ганглии, экспрессирующие ChR2, подвергались только воздействию изображения, то они запускались по другому шаблону, предполагая, что кодер будет необходим для обеспечения мозга истинной визуализацией лица.

Чтобы показать, что световые импульсы могут улучшить зрение у слепых мышей, Ниренберг посмотрел на отслеживание глаз. Она обездвижила мышей, чтобы кодер направил свет в их глаза. Слепые мыши, экспрессирующие ChR2, не могут отслеживать внешние раздражители (в этом случае синусоида отображается на экране), но их глаза изменили курс, когда стимул был преобразован в световые импульсы. Ниренберг представляет протезное устройство, установленное на очках, в котором кодер преобразует изображения, снятые камерой, в световые импульсы, которые проецируются с камеры в глаз.

Но другие исследователи протезов сетчатки скептически относятся к подходу Ниренберга. Любой потенциальный протез, основанный на этой стратегии, сталкивается с теми же техническими проблемами, что и другие имплантаты, предназначенные для отправки закодированных сигналов в ганглиозные клетки сетчатки, пояснил Э.Дж.Чичильнский , который изучает кодирование сетчатки и конструкцию протеза в Институте Солка, но не участвовал в исследовании. Существует около 20 различных типов ганглиозных клеток, которые передают разные сигналы различным мишеням в головном мозге, каждому из которых потребуется свой кодер. По его словам, будет сложно убедиться, что каждый из них направлен на правильный код световых импульсов, поскольку разные типы ячеек смешаны и их трудно идентифицировать, а глаз постоянно движется.

«Мозг будет сбит с толку», – согласился Даниэль Паланкер , который также работает над созданием восстанавливающих зрение имплантатов сетчатки в Стэнфордском университете, но не участвовал в исследовании. «Будет ожидать много разных кодов, но имплантат доставит один код из множества разных ячеек».

Этот недостаток также мешает другим стратегиям, таким как Second Sight, пояснил Вейланд, хотя и не считает, что это является камнем преткновения, способным разрушить сделки. Проектор «беспорядочно стимулирует ганглиозные клетки… но в [других системах] люди все еще могут видеть свет и выполнять простые задачи», – сказал он. «Вам не нужно идеально воссоздавать сигналы сетчатки», чтобы улучшить зрение пациентов.

Кроме того, существует много проблем, связанных с использованием генной терапии для экспрессии светочувствительного рецептора в глазах пациентов-людей, и эта стратегия еще не прошла стадию тестирования на животных. «Генетическая трансфекция в клинических испытаниях обычно ограничивается жизнью и смертью», – отметила Джессика Винтер , которая разрабатывает биосовместимые покрытия для нейронных протезов в Университете штата Огайо, но не участвовала в исследовании. «Насколько слепым должен быть пациент, чтобы рисковать этим?»

Даже если бы такие генетические препятствия были преодолены, ChR2 не может быть идеальным фоторецептором для ганглиозных клеток. Фоторецепторы в глазу могут усиливать энергию одного фотона на 100 000 вольт, позволяя видеть в условиях естественного освещения, чего ChR2 пока не может сделать. В результате высокие уровни света, необходимые для стимуляции трансфицированного рецептора, могут быть невыносимыми для пациентов, которые сохраняют какую-либо чувствительность к свету, пояснил Чичильнский. «Датчик [ChR2] должен стать более чувствительным», – согласился Вейланд.

S. Nirenberg, C. Pandarinath, «Имплантат сетчатки со способностью восстанавливать нормальное зрение», Труды Национальной академии наук , doi: 10.1073 / pnas.1207035109, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *