Linkovi

Optogenetika: slijepa osoba progledala zahvaljujući proteinu algi


Na ovoj fotografiji vidi se slijepi pacijent koji učestvuje u eksperimentima američkih i evropskih istraživača na polju optogenetike. Tokom eksperimenata, 58-godišnji slijepac je pomoću posebnih naočala mogao identificirati i brojati različite predmete koji se nalaze na stolu.

Slijepa osoba koja primila posebnu terapiju - gen za fotoosjetljivi protein algi – djelimično je povratila vid. Cijelo istraživanje pomalo podsjeća na uređaj koji nosi poručnik Geordi La Forge u Zvjezdane staze: iduća generacija, zbog posebnih naočala koje pomažu gledanje u ovoj kliničkoj studiji.

Međunarodna grupa francuskih, američkih i britanskih naučnika koju je predvodio oftamolog José-Alain Sahel s Instituta za vid pri Univerzitetu Sorbonne, uspjela je, putem tehnike zvane optogenetika i posebnih naočala, omogućiti slijepoj osobi određen stepen vida. Rad o ovom izvanrednom postignuću u okviru kliničkih studija objavljen je krajem maja u časopisu Nature Medicine.

Radi se o prvoj uspješnoj kliničkoj aplikacije optogenetike, drugim iječimo, ovo je prvi put da je tehnika korištena i to uspješno, na ljudima. Naime, radi se tehnici koja zapravo omogućava kontrolu mozga pomoću svjetlosti i do sada je primjenjivana samo na životinjama.

Šta je optogenetika?

Optogenetika je metoda koja istovremeno uključuje i metode manipulacije genima i neuroznanost. Sam naziv je kovanica od opto- , „koji se odnosi na svjetlost“ i genetika. Radi se metodi u kojoj se na poseban način unosi gen za fotoosjetljivi protein kanalrodopsin, a koji je nalazi u malim jednoćelijskim algama-bičašima iz roda Chlamydomonas, u druge organizme i onda se taj protein koristi za podraživanje neurona i stvaranje električnog impulsa. Zapravo, sve što radimo ovisi o ovim električnim impulsima u neuronima koji se prenose duž dugih i kratkih nastavaka ovih stanica i prenose s jednog neurona na drugi putem signalnih molekula.

Ova metoda postoji već 18 godina: prvi rad koji je pokazao kako postoje ovi fotoosjetljivi algalni proteini objavljen je 2003. a druge grupe naučnika su pokazale kako je gen za kanalrodopsin algi moguće pomoću virusnog vektora unijeti u druge organizme.

Naime, ove alge, kako su jednoćelijski fotosintetski organizmi, moraju imati sistem otkrivanja svjetlosti, koja im je neophodna za život. Proteini ovih algi su ponešto slični proteinima koji i nama omogućavaju vid.

Ti proteini pripadaju klasi opsina - ljudi, primjerice, u stanicama mrežnjače oka imaju rodopsin. Opsini reaguju tako što na podražaj svjetlosti određene valne dužine reaguju promjenom konfiguracije molekule otvarajući na taj način kanale u membrani stanice kroz koje se kreću joni. I to ne bilo kakvi joni, tamo neki bezveze, nego joni natrijuma i hlora. Ovaj fluks jona mijenja elektronegativnost na površini stanice, stvara se razlika potencijala, "akcioni potencijal". Najjednostavnije rečeno, stvara se slaba struja - a upravo je stvaranje te slabe struje ključ prenošenja nervnih impulsa u svim živim bićima.

Naučnici, jednom kada su shvatili kako pomoću virusnog vektora mogu unijeti gen za algalni fotoosjetljivi protein u druge organizme, pomoću ove tehnologije počeli su raditi stvari koje sliče onome što možemo vidjeti u naučno-fantastičnim filmovima. Počeli su raditi na kontroli nervnih impulsa miševa kojima su preko virusa unijeli gen za kanalrodopsin.

Pomoću optičkih vlakana sa LED svjetlima koja su implantirana kroz lobanju, u nekim pokusima su uspjeli plavu svjetlost, na koju je ovaj protein osjetljiv, sprovesti direktno do neurona i stvoriti vještački električni neuralni impuls. Ispostavilo se da je ova metoda odlična za proučavanje funkcije nerava i mozga. Sama metoda je donijela toliko novog znanja da je 2010. u časopisu Nature proglašena „metodom godine“. Pomoću nje naučnicima je pošlo za rukom da „natjeraju“ miševe da napadaju vještačke predatore. Aplikacija ove metode je do sada bila ograničena na životinje, upravo zato jer se radi o invazivnoj tehnici koja uključuju implantaciju optičkih vlakana na određeno, željeno mjestu u lobanji.

Međutim, u ovom slučaju niko nije slijepoj osobi ugrađivao LED svjetla i optička vlakna. Takvi eksperimenti nisu dozvoljeni, ali urađeno je nešto drugo.

Kako je vraćen vid slijepoj osobi?

Radilo se o 58-godišnjem Francuzu koji je još prije 40 počeo gubiti vid usljed degenerativne progresivne genetičkim faktorima uslovljene bolesti zvane retinitis pigmentosa (RP) u kojoj odumiru fotoosjetljive stanice mrežnjače. Kroz određeni vremenski period ova bolest dovodi do potpunog gubljenja vida. On je učestovao u kliničkoj studiji koju je vodila kompanija GenSight Biologics iz Pariza.

U zdravoj mrežnjači, fotoreceptori detektuju svjetlost i šalju električne signale stanicama ganglija mrežnjače, koje zatim signal prenose u mozak. Optogenetička terapija GenSight-a preskače oštećene stanice fotoreceptora koristeći virus (adeno-povezani virus, Adeno-associated viruses/AAV) za isporuku algalnih proteina osjetljivih na svjetlost u stanice gangliona mrežnjače, omogućujući im izravno otkrivanje slika.

Međutim, ova procedura je tražila neke nadogradnje jer samo ubacivanje gena za ovaj protein nije dovoljno. Naučnici su napravili i posebne naočale koje su hvatale vizualne informacije oko čovjeka i optimizirale ih za otkrivanje algalnim proteinima. Pomoću fotoaparata naočale analiziraju promjene u kontrastu i svjetlini i pretvaraju ih u stvarnom vremenu u tačke. Kad svjetlost iz tih tačkica uđe u čovjekovo oko, ona aktivira proteine i uzrokuje da gangliji pošalju signal mozgu, koji zatim te obrasce „rješava“, „pojašnjava sebi“ u slici.

Treba znati i da osoba koja je podvrgnuta ovom ispitivanju nije u potpunosti povratila vid – ne razlikuje boje, lica ili slova, ali je učinjen veliki napredak u odnosu na potpuno sljepilo. Također, on se morao navikavati na ove posebne naočale i učiti kako da ih koristi i interpretira signale. Na kraju je uspio „vidjeti“ slike koje imaju veliki kontrast ili, primjerice, oznaku na pješačkom prelazu. Mozak mu sada na ove podražaje reaguje na način na koji bi reagovao da ima normalan vid, ali bez naočaa, uprkos terapiji algalnim proteinima, nije u mogućnosti vidjeti.

XS
SM
MD
LG