پژوهشی بسیار امیدبخش: درمان نابینایی به کمک ژن درمانی

پژوهشگران موفق شدند سلول های نابینا را نسبت به نور حساس کنند و امیدوارند تا سه سال آینده این روش درمان به کمک انسان های نابینا بیاید.

  1. ۲ روز،۱۱ ساعت قبل
پژوهشی بسیار امیدبخش: درمان نابینایی به کمک ژن‌ درمانی
به گزارش نوداد (سکوی اجتماعی خبر)

به تازگی درمان جدیدی برای نابینایی ارائه شده است که شیوه ی عمل به شدت ساده ای دارد. در این روش، دانشمندان ژن مربوط به گیرنده ی نور سبز را وارد چشم موش های نابینا کردند و یک ماه بعد دیدند که موش های نابینا درست همچون موش های سالم در اطراف موانع حرکت می کنند. آن ها قادر به دیدن حرکات و درک تغییر در میزان روشنایی بودند. پژوهشگران می گویند که فقط طی سه سال، این روش ژن درمانی (تحویل ژن با استفاده از ویروس غیرفعال) می تواند روی انسان هایی که بینایی خود را به علت تخریب شبکیه ی چشم از دست داده اند، آزمایش شود و به طور ایده آل به آن ها بینایی کافی برای حرکت در اطراف و نیز احتمالا بازیابی توانایی خواندن یا تماشای ویدئو ببخشد. ایهود ایساکف، استاد زیست شناسی سلولی و ملکولی دانشگاه برکلی می گوید:

شما این ویروس را به چشم فرد تزریق می کنید و چند ماه بعد او می تواند چیزهایی را ببیند. درمورد بیماری های تخریب کننده ی اعصاب شبکیه ی چشم، هدف درمانی که اغلب وجود دارد این است که از تخریب بیشتر پیشگیری شود یا اینکه روند تخریب کند شود. اما روشی که بتواند موجب بازیابی بینایی طی چند ماه شود، شگفت آور است.

انتقال ژن

ویروس های وابسته به آدنو یا AAV را که برای هدف گیری سلول های خاصی در شبکیه ی چشم مهندسی شده اند، می توان به طور مستقیم داخل زجاجیه چشم تزریق کرد. در این روش ژن ها با دقت بیشتری به سلول های هدف تحویل داده می شوند. دقت استفاده از انواع مهندسی نشده ی AAV که باید مستقیما زیر شبکیه ی چشم تزریق شوند، کمتر است. دانشمندان علوم اعصاب دانشگاه برکلی کالیفرنیا با استفاده از AAVها، سلول های گانگلیون چشم را مورد هدف قرار دادند. این ویروس ها حامل ژنی برای اوپسین سبز بودند و موجب ایجاد خصوصیت حساسیت به نور در سلول های گانگلیونی که به طور طبیعی نابینا هستند، شدند.

حدود ۱۷۰ میلیون فرد در سرتاسر جهان دچار دژنراسیون ماکولای (تباهی لکه زرد) وابسته به سن هستند؛ بیماری که از هر ۱۰ فرد بالای ۵۵ سال، یک نفر را درگیر می کند. درهمین حین، ۱/۷ میلیون نفر در سرتاسر جهان دارای رایج ترین فرم نابینایی توارثی یعنی رتینیت پیگمانتر (ورم رنگیزه ای شبکیه) هستند که معمولا از سن ۴۰ سالگی موجب نابینایی افراد می شود. جان فلانری استاد زیست شناسی سلولی و ملکولی دانشگاه برکلی می گوید:

من دوستانی دارم که ادراک نوری ندارند و شیوه ی زندگی آن ها قلب انسان را به درد می آورد. آن ها باید به آنچه افراد بینا می بینند، تکیه کنند. برای مثال هر زمان که آن ها به یک هتل می روند، طراحی هر اتاق مقداری متفاوت است و آن ها نیاز دارند که کسی با آن ها در اطراف اتاق راه برود تا آن ها بتوانند یک نقشه ی سه بعدی را در ذهن خود تجسم کنند. تمام اشیاء معمولی مثلا حتی یک فنجان قهوه می توانند برای آن ها دردسر ساز باشد. بار بیماری درمیان افرادی که دچار نابینایی شدید و ناتوان کننده هستند، بسیار زیاد است و آن ها شاید نخستین کاندیداهای این نوع درمان باشند.

بیماری چشم

حدود ۱۷۰ میلیون فرد در سرتاسر جهان دچار دژنراسیون ماکولای وابسته به سن هستند

گزینه های درمانی فعلی چنین بیمارانی محدود به پیوند چشم الکترونیکی متصل به یک دوربین ویدئویی است که روی یک جفت شیشه قرار می گیرد. یک روش ناخوشایند و تهاجمی که موجب ایجاد تصویری در شبکیه می شود که معادل یک تصویر چند صد پیکسلی است. دید طبیعی و سالم انسان ها میلیون ها پیکسل را شامل می شود.

تصحیح نقص ژنتیکی مسئول تخریب شبکیه ساده نیست زیرا بیش از ۲۵۰ جهش ژنتیکی مختلف وجود دارند که فقط موجب رتینیت پیگمانتر می شوند. حدود ۹۰ درصد از این جهش ها موجب مرگ سلول های گیرنده ی نور موجود در شبکیه یعنی سلول های میله ای حساس به نور کم و سلول های مخروطیِ مورد نیاز برای درک رنگ در روشنایی روز می شوند. اما تخریب شبکیه معمولا به دیگر لایه های سلول های شبکیه سرایت نمی کند. سلول های دوقطبی و سلول های گانگلیون موجود در شبکیه اگرچه نسبت به نور حساس نیستند، ولی می توانند تا دهه ها پس از اینکه فرد کاملا نابینا شد، باقی بمانند.

دانشمندان دانشگاه برکلی در آزمایش هایی که روی موش های نابینا انجام دادند، توانستند ۹۰ درصد از سلول های گانگلیون را حساس به نور کنند. این موفقیت در مجله ی Nature Communications گزارش شده است.

موش آزمایشگاهی

کاری که می شد ۲۰ سال پیش انجام داد

پژوهشگران برای معکوس کردن نابینایی در این موش ها، ویروسی طراحی کردند که سلول های گانگلیون را مورد هدف قرار دهد و این ویروس را با ژن مرتبط با یک گیرنده ی حساس به نور (اوپسین مخروطی سبز) مجهز کردند. به طور معمول، این اوپسین تنها در سلول های گیرنده ی نور مخروطی بیان می شود و آن ها را نسبت به نور سبز-زرد حساس می کند. این ژن وقتی به همراه ویروس به چشم تزریق شد، ویروس ژن را وارد سلول های گانگلیون که به طور طبیعی حساس به نور نیستند، کرد و موجب شد این سلول ها حساس به نور شده و بتوانند سیگنال هایی را به مغز بفرستند که در آنجا به عنوان بینایی تفسیر شود. فلانری گفت:

تا حدودی که ما توانستیم در موش آزمایش کنیم، شما می توانید بگویید که بدون هیچ تجهیزات خاصی، رفتار موش های نابینای درمان شده به روش اپتوژنتیکی نظیر رفتار موش های طبیعی بود. باید دید که این روش چگونه روی یک بیمار ترجمه می شود.مقاله های مرتبط:بازیابی بینایی موش های نابینا با روشی مبتنی بر کاربرد طلا و تیتانیومایجاد قابلیت دید در شب با کمک نانوذارتنخستین عمل روباتیک چشم انسان

پژوهشگران توانستند در موش، اوپسین ها را به بیشتر سلول های گانگلیون موجود در شبکیه تحویل دهند. برای درمان انسان ها، آن ها باید ذرات ویروسی بسیار بیشتری را تزریق کنند زیرا تعداد سلول های گانگلیون در چشم انسان هزاران برابر چشم موش است. اما گروه برکلی ابزارهایی را برای افزایش تحویل ویروس توسعه داده اند و امیدوارند بتوانند حسگر نوری جدید را در درصد نسبتا بالایی از سلول های گانگلیون وارد کنند تا اندازه ای که با شمار بسیار زیاد پیکسل های موجود در یک دوربین برابری کند.

ایساکوف و فلانری پس از بیش از یک دهه تلاش روی طرح های پیچیده تری نظیر وارد کردن ترکیباتی از گیرنده های نوروترانسمیتر مهندسی شده و سوئیچ های شیمیایی حساس به نور به سلول های باقیمانده ی شبکیه، سرانجام به این طرح ساده روی آوردند. اگرچه این روش پیچیده نیز تاحدودی نتیجه داد ولی نتوانست حساسیت دید طبیعی را به دست آورد. اوپسین های برخی از میکروب ها نیز مورد آزمایش قرار گرفتند ولی آن ها نیز دارای حساسیت پایینی بودند و نیاز به استفاده از عینک های تقویت کننده ی نور داشتند.

برای رسیدن به حساسیت بالای دید طبیعی، ایساکوف و فلانری به اوپسین های گیرنده ی نور سلول های گیرنده ی نور روی آوردند. فلانری و ایساکوف با استفاده از AAVها که به طور طبیعی سلول های گانگلیون را عفونی می کنند، به طور موفقیت آمیزی ژن یک اوپسین شبکیه را به ژنوم سلول های گانگلیون تحویل دادند. موش هایی که قبلا نابینا بودند، بینایی خود را به دست آوردند و این بینایی برای یک عمر برای آن ها ماندگار بود. ایساکوف گفت:

اینکه این سیستم کار می کند، واقعا رضایت بخش است مخصوصا که این سیستم بسیار ساده است. درواقع می شد این کار را ۲۰ سال پیش هم انجام داد.

ایساکوف و فلانری درحال جمع آوری منابع مالی برای اجرای این روش ژن درمانی در یک آزمایش انسانی سه ساله هستند. سازمان غذا و داروی آمریکا، سیستم های AAV مشابهی را برای درمان بیماری های چشم در افراد مبتلا به بیماری های تخریب کننده ی شبکیه و بیماری هایی که درمان دیگری ندارند، تأیید کرده است.

DNA

این روش احتمالا نتیجه ای ندارد!

بنا به گفته ی فلانری و ایساکوف، بیشتر افرادی که در زمینه ی بینایی کار می کنند، این سؤال را مطرح می کنند که آیا اوپسین ها می توانند خارج از سلول های اختصاصی خود عمل کنند یا نه. سطح یک گیرنده ی نوری دارای شمار زیادی اوپسین است (رودوپسین در سلول های میله ای و اوپسین های قرمز، سبز و آبی در سلول های مخروطی) و همه ی این ها در یک ماشین ملکولی پیچیده تعبیه شده اند. یک تقویت کننده ی ملکولی (پروتئین G همراه با سیستم سیگنال دهنده ی گیرنده) سیگنال را چنان تقویت می کند که ما قادر هستیم فوتون های انفرادی نور را تشخیص دهیم. در اینجا یک سیستم آنزیمی وجود دارد که وقتی اوپسین نور را تشخیص داد و سیگنالش منتقل شد، مجددا آن را شارژ می کند. این تنظیم بازخوردی، سیستم را دربرابر روشنایی های بسیار متفاوت سازگار می کند و یک کانال یونی اختصاصی یک سیگنال ولتاژ قوی تولید می کند. با درنظرگرفتن کل این سیستم، منطقی بود که تصور کنیم این روش نتیجه ای نخواهد داشت. اما ایساکوف که متخصص گیرنده های جفت شونده با پروتئین G در سیستم عصبی است، می دانست که بیشتر این اجزاء در تمام سلول ها وجود دارند. او حدس می زد که یک اوپسین به صورت خودکار به سیستم سیگنال دهی سلول های گانگلیون شبکیه متصل خواهد شد. او همراه با فلانری در ابتدا روی رودوپسین که درمقایسه با اوپسین های مخروطی، حساسیت بیشتری به نور دارد، کارخود را آغاز کرد.

با وارد کردن رودوپسین به سلول های گانگلیونِ موش هایی که سلول های میله ای و مخروطی آن ها به کلی تخریب شده بود و نابینا شده بودند، این حیوانات توانایی تشخیص نور از تاریکی را پیدا کردند اما سرعت عمل رودوپسین بسیار آهسته بود و در تشخیص تصاویر و اشیاء موفق نبود. پژوهشگران پس از آن روی اوپسین سبز مخروطی که سرعت واکنش آن نسبت به رودوپسین ۱۰ برابر بیشتر بود، کار کردند. به طور قابل ملاحظه ای، موش ها توانستند خطوط موازی را از خطوط افقی، خطوطی را که با هم فاصله ی نزدیکی دارند، از خطوطی که از هم فاصله ی دوری دارند و نیز خطوط متحرک را از خطوط ثابت تشخیص دهند. بینایی بازیابی شده چنان حساس بود که می شد به جای LEDهای بسیار نورانی، از iPad استفاده کرد. ایساکوف گفت:

این نتایج حاوی پیام مهمی بود. برای افراد نابینا چقدر شگفت انگیز است که توانایی خواندن یک مانیتور استاندارد کامپیوتر را مجدد به دست آوردند و بتوانند با استفاده از ویدئو ارتباط برقرار کرده و به تماشای فیلم بنشینند.

این موفقیت ها باعث شد ایساکوف و فلانری بخواهند یک قدم جلوتر رفته و ببینند که آیا حیوانات می توانند با بینایی بازیابی شده جهان خود را جهت یابی کنند؟ اینجا هم اوپسین مخروطی سبز موفق شد. موش هایی که بینایی خود را به دست آورده بودند، توانایی انجام یکی از مهم ترین رفتارهای طبیعی را نیز کسب کردند: تشخیص و کاوش اشیاء سه بعدی. پژوهشگران سپس این سؤال را مطرح کردند: چه اتفاقی خواهد افتاد اگر فردی که بینایی خود را به دست آورده، وارد فضای بیرون که دارای نور روشن تری است، شود؟ آیا نور او را نابینا خواهد کرد؟ ایساکوف گفت:

در اینجا یکی دیگر از ویژگی های شگفت آور سیستم آشکار شد: مسیر سیگنال دهی اوپسین مخروطی سبز سازگار شد.

حیواناتی که قبلا نابینا بودند، دربرابر تغییرات در روشنایی سازگار شده و توانستند وظایف خود مانند حیوانات طبیعی انجام دهند و این سازگاری در طیف وسیعی از نور وجود داشت. فلانری گفت:

وقتی همه می گویند این کار هرگز عملی نیست و شما دیوانه هستید، معمولا بدان معنا است که شما در مسیر کشف چیز مهمی قرار گرفته اید.

درواقع نتایج این مطالعه معادل نخستین بازیابی موفقت آمیز دید الگو با استفاده از یک صفحه ی نمایش LED، نخستین سازگاری نسبت به تغییر در نور محیط پیرامون و نخستین مورد بازیابی دید طبیعی اشیاء است. پژوهشگران دانشگاه برکلی اکنون در حال انجام آزمایش هایی هستند که بتوانند بینایی رنگ را بازگردانند و نیز تیزبینی و سازگاری را افزایش دهند.





همرسانی نوشتار: