神經科學家現在開發出一種電子眼植入物可以恢復失明小鼠的視力

腺相關病毒(Ado-AssociatedVirus，AAV)可以被直接注射到眼睛的玻璃體中

加州大學伯克利分校的科學家將一種綠色感受器的基因插入盲人老鼠的眼睛，一個月後，他們像沒有視力問題的老鼠一樣輕鬆地繞過障礙。他們能夠在iPad上看到一千倍範圍內的運動、亮度變化以及足以區分字母的細節。

研究人員說，在不到三年的時間裡，這種基因療法-通過一種滅活的病毒-可以在因視網膜退化而失去視力的人身上進行試驗，理想情況下，這種療法能讓他們有足夠的視力四處走動，並有可能恢復他們閱讀或觀看視頻的能力。

加州大學伯克利分校(UC Berkeley)分子和細胞生物學教授、海倫·威爾斯神經科學研究所(Helen Wills NeuroScience Institute)所長埃胡德·伊薩科夫(Ehud Isacoff)說，「你會把這種病毒注射到一個人的眼睛裡，幾個月後，他們就「對於視網膜的神經退行性疾病，人們通常只想停止或減緩進一步的退化。但在幾個月內恢復圖像的東西-這是一件令人驚奇的事情。」

全世界約有1.7億人患有與年齡有關的黃斑變性，55歲以上的人佔十分之一，而全世界有170萬人患有最常見的遺傳性失明，即色素性視網膜炎，這通常會使人在40歲時失明。

「我有沒有光感的朋友，他們的生活方式令人心痛，」加州大學伯克利分校分子和細胞生物學教授約翰·弗蘭納裡說。「他們必須考慮有視力的人認為理所當然的事情。例如，每次他們去酒店時，每個房間的布局都有點不同，他們需要有人在他們頭腦中建立3D地圖的同時，在房間裡繞著他們走一圈。日常用品，如低咖啡桌，可能會有墜落的危險。在嚴重致殘視力喪失的人中，疾病的負擔是巨大的，他們可能是這種治療的第一批候選人。「

目前，這類患者的選擇僅限於一種電子眼植入物，它與一副眼鏡上的攝影機相連-這是一種尷尬、侵入性和昂貴的裝置，它在視網膜上產生一幅圖像，目前相當於幾百像素。正常的，銳利的視覺涉及數百萬像素。

糾正導致視網膜變性的基因缺陷也不是一帆風順的，因為有超過250個不同的基因突變導致視網膜色素變性。其中90%會殺死視網膜的光感受器細胞-對昏暗光線敏感的棒，以及日照顏色感知用的視錐。但是視網膜退化通常會避開其他層的視網膜細胞，包括雙極細胞和視網膜神經節細胞，在人們完全失明後的幾十年裡，這些細胞可以保持健康，儘管對光不敏感。

在老鼠身上的試驗中，加州大學伯克利分校的研究小組成功地使90%的神經節細胞變得光敏。

Isacoff，Flannery和他們的加州大學伯克利分校的同事將在3月15日發表在網上的一篇文章中報告他們的成功。自然通訊.

「20年前你本可以這麼做的」

為了扭轉這些老鼠的失明現象，研究人員設計了一種針對視網膜神經節細胞的病毒，並將該病毒攜帶到一種光敏受體，即綠色(中波長)錐形視黃質中。正常情況下，這種視黃蛋白僅由錐形光感受器細胞表達，使其對綠黃光敏感.當病毒注射到眼睛中時，該病毒將該基因攜帶到神經節細胞中，而神經節細胞通常對光不敏感，並使其光敏，並能夠向大腦發送被解釋為視覺的信號。

Flannery說：「在我們測試老鼠的極限範圍內，你不能區分光基因治療的老鼠和沒有特殊設備的正常老鼠的行為。」「這在病人身上是如何翻譯的，還有待觀察。」

在老鼠身上，研究人員能夠將視蛋白傳遞給視網膜的大部分神經節細胞。為了治療人類，他們需要注射更多的病毒粒子，因為人眼含有的神經節細胞是老鼠眼的數千倍。但加州大學伯克利分校(UC Berkeley)的團隊已經開發出了增強病毒傳播的方法，並希望將新的光感測器插入到類似高比例的神經節細胞中，相當於相機中非常高的像素數。

isacoff和flannery經過十多年的嘗試，嘗試了更複雜的方案，包括將基因工程神經遞質受體和光敏化學開關插入到存活的視網膜細胞中。這些方法有效，但沒有達到正常視力的敏感度。在其他地方測試的微生物產生的視蛋白的靈敏度也較低，需要使用光放大護目鏡。

為了捕捉自然視覺的高靈敏度，Isacoff和Flannery轉向了光感受器細胞的光感受器視蛋白。Flannery和Isacoff利用一種天然感染神經節細胞的腺相關病毒(AAV)，成功地將視網膜視蛋白的基因傳遞到神經節細胞的基因組中。以前失明的老鼠獲得了持續一生的視力。

伊薩科夫說：「這個系統的工作非常、非常令人滿意，部分原因在於它也非常簡單。」「具有諷刺意味的是，20年前你本可以這麼做的。」

Isacoff和Flannery正在籌集資金，在三年內將基因療法納入人體試驗。美國食品和藥物管理局已經批準類似的AAV給葯系統，用於患有變性視網膜疾病且沒有其他醫學選擇的人的眼病。

它不可能起作用

根據Flannery和Isacoff的說法，視野中的大多數人都會質疑視蛋白是否能在他們的專用棒和錐光感受器細胞之外工作。光感受器的表面裝飾著視黃質-視紫質在棒中，紅、綠和藍色的視黃質鑲嵌在複雜的分子機器中。一種分子繼電器-G蛋白偶聯受體信號級聯-有效地放大了信號，使我們能夠探測到單個光子的光。一種酶系統一旦檢測到光子並被「漂白」，就會給視蛋白充電。反饋規則使系統適應非常不同的背景亮度。專用離子通道產生強有力的電壓信號。如果不移植整個系統，就有理由懷疑反證碼是行不通的。

但專門研究神經系統G蛋白偶聯受體的伊薩科夫知道，這些部分中有許多存在於所有細胞中。他懷疑視黃蛋白會自動連接到視網膜神經節細胞的信號系統。他和Flannery最初一起嘗試了視紫紅質，這比錐視鏡更敏感。

令他們高興的是，當視紫紅質被引入老鼠的神經節細胞時，這些老鼠的棒和錐已經完全退化，因而失明，動物們恢復了區分黑暗和光的能力-甚至是微弱的室內光。但是視紫紅質的速度太慢，在圖像和物體識別方面失敗了。

然後，他們嘗試了綠色錐光素，它的反應速度是視紫紅質的10倍。值得注意的是，老鼠能夠區分平行線和水準線，距離很近的直線和寬間距的線(標準的人類視力任務)，移動線和靜止線。恢復的視覺是如此敏感，以至於iPad可以用於視覺顯示器，而不是明亮得多的LED。

「這有力地帶回了信息，」伊薩科夫說。「畢竟，盲人恢復了閱讀標準電腦顯示器、通過視頻交流、看電影的能力是多麼美妙啊。」

這些成功使伊薩科夫和弗蘭納裡想更進一步，看看動物是否能用恢復的視力在世界上航行。令人驚訝的是，在這裡，綠錐反光液也是成功的。失明的老鼠恢復了進行最自然行為之一的能力：識別和探索三維物體。

然後，他們問了這個問題：「如果一個視力恢復的人到戶外去，進入更明亮的光線，會發生什麼情況？他們會被光線蒙蔽嗎？」在這裡，系統的另一個顯著特徵出現了，Isacoff說：綠色錐光信號通路適應。以前是盲人的動物，適應了亮度的變化，並且能夠和有視力的動物一樣執行這項任務。這種適應作用的範圍大約是千倍-基本上，室內照明和室外照明之間的差別。

弗蘭納裡說：「當每個人都說它永遠不會起作用，而且你瘋了，這通常意味著你在做某事。」事實上，這相當於第一次成功地用液晶電腦螢幕恢復圖案視覺，第一次適應環境光的變化，第一次恢復自然物體的視覺。

加州大學伯克利分校的團隊目前正在測試不同的主題，以恢復顏色視覺，並進一步提高敏銳性和適應性。