معلومة

هل يمكننا تحفيز المخاريط M مباشرة في شبكية العين بالتكنولوجيا الحالية؟

هل يمكننا تحفيز المخاريط M مباشرة في شبكية العين بالتكنولوجيا الحالية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أتساءل عما إذا كان بإمكاننا محاولة رؤية اللون "الأخضر الفائق" التخيلي عن طريق التحفيز المباشر لمخاريط M. لهذا أفترض أننا سنحتاج:

  1. مسح شبكية عين الإنسان بشكل غير مدمر لتحديد المواقع الدقيقة للخلايا المخروطية M.
  2. قم بإعداد صورة عالية الدقة (على شاشة تشبه شبكية العين على ما أعتقد) ، والتي سيكون لها نقاط ضوئية في بعض المواقع ومظلمة في أماكن أخرى ، بحيث عندما ينظر الإنسان الذي فحصناه إلى نقطة معينة من الصورة ، كانت نقاط الضوء هذه مركزة بالضبط على أقماع M.
  3. تتبع حركات العين واضبط الصورة بحيث تتجنب الأقماع S و L التعرض الكبير لمنع سوء الفهم.

هل من الصعب تنفيذ أي شيء من هذا القبيل باستخدام التكنولوجيا الحالية ، نظرًا لخصائص شبكية العين البشرية النموذجية (كثافة المخاريط M ولونها الظاهر وما إلى ذلك)؟

إذا كان هذا ممكنًا تمامًا ، فهل تم إجراء مثل هذه التجربة بالفعل؟


ربما تكون قد شاهدت التقارير الإخبارية حتى الآن ، حيث استهدف الباحثون وحفزوا خلايا مخروطية فردية في أعين المتطوعين: "التمثيل الأولي للرؤية المكانية واللونية في شبكية العين البشرية"Ramkumar Sabesan، et. al. (2016). هذه التجربة هي المرة الأولى التي يستهدف فيها الباحثون الخلايا المخروطية الفردية ويحفزونها. تضمنت التجارب في الغالب L- و M-Cones ، على الرغم من أن البحث المنشور أشار إلى الاستجابة التي تم الحصول عليها من S- المخاريط أيضًا.استخدم الباحثون 543 نانومتر ضوء الليزر (25 نانومتر عرض النطاق الترددي) ونظام تتبع بصري مشابه لما يستخدمه علماء الفلك لتصحيح التشوهات الجوية. لذلك ، نعم ، التكنولوجيا موجودة ، لكنها تبدو جديدة جدًا في هذا التطبيق أنه لم يقم أحد بإجراء تجارب أخرى عليه ، حتى الآن.


التكنولوجيا ليست متقدمة بما يكفي لتحقيق التحفيز الخاص بالمستقبلات. فيما يتعلق باحتياجاتك المحددة:

1) تحديد المخاريط M: من الصعب بالفعل التمييز بين المخاريط والقضبان في شبكية العين (Turpin et al ، 2011) ، ناهيك عن تحديد الفئات الثلاث للمخاريط.

2) ستكون صورتك الشبكية الفسيفسائية ممكنة نظريًا ، على الرغم من الحاجة إلى وحدات بكسل صغيرة جدًا.

3) تتبع العين أمر ممكن ، ولكن ليس على هذا المستوى من الدقة. من شبه المؤكد أن التأخير في النظام سيؤدي إلى تنشيط عابر للمستقبلات الأخرى.


هل يمكننا تحفيز المخاريط M مباشرة في شبكية العين بالتكنولوجيا الحالية؟ - مادة الاحياء

تمت مراجعة مساهمات أبحاث علم الوراثة في علم رؤية الألوان الطبيعية والمعيبة على مدى العقود القليلة الماضية مع التركيز على التطورات في السنوات الخمس والعشرين منذ إصدار الذكرى السنوية الأخيرة لأبحاث الرؤية. تم تعزيز فهم البيولوجيا الكامنة وراء رؤية الألوان من خلال تطبيق أدوات علم الوراثة الجزيئي. على الرغم من كل تعقيدها ، فإن العمليات البيولوجية المسؤولة عن رؤية الألوان يمكن الوصول إليها أكثر من العديد من الأنظمة العصبية الأخرى. ويرجع ذلك جزئيًا إلى ثروة التنوعات الجينية التي تؤثر على إدراك اللون ، سواء داخل الأنواع أو عبرها ، ولأن مكونات نظام رؤية الألوان قابلة للتلاعب الجيني. تعد الطفرات وإعادة الترتيب في الجينات التي تشفر الأصباغ المخروطية الحساسة ذات الطول الموجي الطويل والمتوسط ​​والقصير هي المسؤولة عن قصور رؤية الألوان وتم تحديد الطفرات التي تؤثر على عدد أنواع المخروط ، وأطياف امتصاص الأصباغ ، ووظائف وصلاحية الصبغات. المخاريط وطبوغرافيا الفسيفساء المخروطية. يمكن أن تؤدي إضافة جين opsin ، كما حدث في تطور رؤية ألوان الرئيسيات ، وقد تم إجراؤه في الحيوانات التجريبية ، إلى زيادة قدرات رؤية الألوان ، وقد قدم هذا نظرة ثاقبة على الدوائر العصبية الأساسية.

ويبرز البحوث

► مراجعة الذكرى الخمسين لبحوث الرؤية. علم الوراثة في رؤية الألوان. ► كيف ​​تؤثر الجينات على التصاميم الضوئية المخروطية. ► كيف ​​تؤثر الجينات على تضاريس الفسيفساء المخروطية. ► كيف ​​تؤثر الجينات على الدوائر الخاصة برؤية الألوان.


بنية جديدة في عين الكلاب مرتبطة بأمراض الشبكية المسببة للعمى

في البشر ، منطقة صغيرة في مركز الشبكية تسمى النقرة مهمة للغاية لعرض التفاصيل الدقيقة. معبأة بكثافة بخلايا مستقبلات ضوئية مخروطية ، يتم استخدامها أثناء القراءة والقيادة والتحديق في الأشياء المثيرة للاهتمام. تتمتع بعض الحيوانات بميزة مماثلة في عيونها ، لكن يعتقد الباحثون أن النقرة من بين الثدييات كانت فريدة من نوعها بالنسبة إلى الرئيسيات - حتى الآن.

أفاد علماء الرؤية في جامعة بنسلفانيا أن الكلاب أيضًا لديها منطقة من شبكية العين تشبه إلى حد كبير النقرة البشرية. علاوة على ذلك ، فإن منطقة الشبكية هذه معرضة لأمراض التعمية الوراثية في الكلاب تمامًا كما هي عند البشر.

قال ويليام بيلتران ، أستاذ مساعد طب العيون في كلية الطب البيطري في بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي المشارك للدراسة مع أرتور سيدسيان ، أستاذ أبحاث طب العيون في كلية بيرلمان للطب في بنسلفانيا.

وأضاف سيدسيان: "إنه لأمر مبهج للغاية أن تكون قادرًا على التحقيق في هذا الجزء المتخصص والمهم للغاية من الرؤية المركزية للكلاب التي تشبه بشكل غير متوقع شبكيتنا".

ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين كارينا إي جوزيفيتش من بن فيتس ، وسيمون إيوابي ، وإيرين إم سكوت ، وسفيتلانا ف.سافينا ، وجوردون روثيل ، وكبير المؤلفين غوستافو دي أغيري بيرلمان ، مالغورزاتا سويدر ، ولينجلي زانج ، وريتشارد زورجر ، وألكسندر سوماروكا ، وصامويل ج. فرانك ستيفانو في كلية بنسلفانيا لطب الأسنان.

تم نشر الورقة في المجلة بلوس واحد.

تأتي كلمة "نقرة" من المعنى اللاتيني "حفرة" ، نظرًا لحقيقة أن الطبقات الداخلية لشبكية العين في البشر والعديد من الرئيسيات الأخرى تكون رقيقة في هذه المنطقة ، بينما تمتلئ الطبقات الخارجية بخلايا مستقبلات ضوئية مخروطية. من المعتقد أن ترقق الطبقة الداخلية يسمح للخلايا المخروطية النقية بالوصول إلى الضوء.

من المعروف أن الكلاب لديها ما يسمى المنطقة المركزية ، وهي منطقة حول مركز الشبكية مع زيادة نسبية في كثافة الخلايا المخروطية المستقبلة للضوء. لكن الكلاب تفتقر إلى تكوين الحفرة الذي يمتلكه البشر ، وقبل هذه الدراسة ، كان يُعتقد أن الزيادة في كثافة الخلايا المخروطية المستقبلة للضوء لم تقترب من مطابقة ما شوهد في الرئيسيات. قبل هذه الدراسة ، كانت أعلى كثافة تم الإبلاغ عنها في الكلاب 29000 مخروط لكل مليمتر مربع مقارنة بأكثر من 100000 مخروط لكل مليمتر مربع شوهدت في النقرة البشرية وقرود المكاك.

اتضح أن الدراسات السابقة على الكلاب قد فاتت منطقة صغيرة من كثافة الخلايا المتزايدة. في هذه الدراسة ، أثناء فحص شبكية عين كلب مصاب بطفرة تسبب مرضًا مشابهًا لشكل من أشكال تنكس الشبكية المرتبط بـ X لدى البشر ، لاحظ الباحثون في بنسلفانيا ترققًا في طبقة الشبكية التي تحتوي على خلايا مستقبلات للضوء.

في هذه المنطقة ، قاموا بفحص شبكية العين للكلاب الطبيعية باستخدام تقنيات التصوير المتقدمة ، بما في ذلك تنظير العين بالليزر المتحد البؤر ، والتصوير المقطعي البصري ، والفوتون المجهري. من خلال تمكين العلماء من تصور طبقات مختلفة من شبكية العين ، سمحت لهم هذه التقنيات بتحديد منطقة صغيرة من ذروة كثافة المخروط ومن ثم تقدير أعداد المخروط عن طريق عد الخلايا في هذه المنطقة الفريدة.

بناءً على ملاحظاتهم ، وجد الباحثون أن كثافات المخروط وصلت إلى أكثر من 120 ألف خلية لكل مليمتر مربع في منطقة شبيهة بالنقرة لم يسبق وصفها من قبل في المنطقة المركزية - وهي كثافة مساوية لتلك الخاصة بنقرات الرئيسيات.

قال أغيري: "لا يوجد معلم حقيقي لهذه المنطقة كما هو الحال عند البشر ، لذا فإن اكتشاف مثل هذه الكثافة أمر غير متوقع".

كما أدركوا أن "جانب الإخراج" لهذه المنطقة المخروطية الكثيفة يتوافق مع منطقة كثيفة من الخلايا العقدية الشبكية ، والتي تنقل الإشارات إلى الدماغ.

يعاني مرضى التنكس البقعي من البشر من فقدان الخلايا المستقبلة للضوء - العصي والمخاريط التي تعالج الضوء - عند النقرة أو بالقرب منها ، مما يؤدي إلى فقدان مدمر للرؤية المركزية.

لمعرفة ما إذا كانت المنطقة الشبيهة بالنقرة قد تأثرت بالمثل في الكلاب ، استخدم باحثو جامعة بنسلفانيا نفس التقنيات التي استخدموها لدراسة الكلاب الطبيعية لفحص الحيوانات التي لديها طفرات في جينين (BEST1 و RPGR) يمكن أن تؤدي إلى التنكس البقعي لدى البشر. .

في كلتا الحالتين ، أثر ظهور المرض على المنطقة الشبيهة بالنقرة في الكلاب بطريقة مشابهة جدًا لكيفية ظهور الأمراض في البشر - مع ظهور آفات شبكية مركزية في وقت أبكر من الآفات في شبكية العين المحيطية.

وقال سيدسيان: "لماذا تكون النقرة عرضة للتعبير المبكر عن المرض عن بعض الاضطرابات الوراثية ولماذا يتم تجنبها في ظل ظروف أخرى". "النتائج التي توصلنا إليها ، والتي تُظهر المعادل الكلبي لمرض وراثي بشري يؤثر على منطقة من شبكية العين ذات أهمية قصوى للرؤية البشرية ، واعدة جدًا من وجهة نظر الإنسان. ويمكن أن تسمح بإجراء بحث متعد من خلال السماح لنا باختبار علاجات الأمراض التنكسية البقعية والنقرية البشرية في الكلاب ".

بالإضافة إلى ذلك ، يقدم هذا الاكتشاف نظرة ثاقبة لحالة بشرية نادرة تُعرف باسم fovea plana ، حيث يكون لدى الناس حدة بصرية طبيعية ولكن ليس لديهم "حفرة" في نقرة. بعبارة أخرى ، فإن النقرة تشبه تلك الخاصة بالكلاب ، مما يتحدى الافتراض السابق القائل بأن نقص الأنسجة والأوعية الدموية التي تغلف النقرة شرط أساسي للحصول على دقة عالية للرؤية.

حقيقة أن الكلاب لديها منطقة تشبه النقرة من الخلايا كثيفة المستقبلات للضوء قد تشير أيضًا إلى أن الكلاب ترى بشكل أكثر حدة مما كان يُعتقد في السابق.

وقال بيلتران: "هذا يعطينا أساسًا هيكليًا لدعم فكرة أن الكلاب قد تتمتع بحدة بصرية أعلى مما تم قياسه حتى الآن". "قد يكون الأمر كذلك أن بعض السلالات لديها كثافة عالية بشكل خاص من الخلايا ويمكن استخدامها كلاب عاملة في مهام معينة تتطلب وظيفة رؤية عالية المستوى."

بالنظر إلى المستقبل ، قد يركز الباحثون على هذا المجال الشبيه بالنقرة في دراسات العلاجات ليس فقط تنكس الشبكية المرتبط بالكروموسوم X وأفضل مرض ولكن أيضًا مشاكل أخرى متعلقة بالبصر تؤثر على البقعة والنقرة.


عين الكترونية

باحثون متنوعون
1 أكتوبر 2014

تحفيز الرؤية:
شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل: JPG | بي دي إف ونسخة VIKTOR KOEN I n 1755 ، قام الطبيب والعالم الفرنسي تشارلز ليروي بتفريغ الكهرباء الساكنة من جرة Leyden و mdasha من المكثفات الحديثة و mdashinto لمريض أعمى وجسم rsquos باستخدام سلكين ، أحدهما مشدود حول الرأس فوق العينين والآخر حول الساق . وصف المريض ، الذي كان أعمى لمدة ثلاثة أشهر نتيجة لارتفاع درجة الحرارة ، التجربة وكأنها لهب يمر من أسفل أمام عينيه. كانت هذه هي المرة الأولى التي يعمل فيها جهاز كهربائي و [مدش] يعمل كطرف اصطناعي بدائي و [مدش] بنجاح حتى استعادة وميض الإدراك البصري.

بعد أكثر من 250 عامًا ، لا يزال العمى أحد أكثر الإعاقات الحسية المنهكة ، حيث يؤثر على ما يقرب من 40 مليون شخص في جميع أنحاء العالم. يمكن علاج العديد من هؤلاء المرضى بكفاءة عن طريق الجراحة أو الأدوية ، ولكن لا يمكن تصحيح بعض الأمراض بالعلاجات الحالية. على وجه الخصوص ، عند استقبال الضوء.

في شبكية العين السليمة ، تقوم الخلايا المستقبلة للضوء - العصي والمخاريط - بتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية وكيميائية تنتشر عبر شبكة الخلايا العصبية في شبكية العين وصولًا إلى الخلايا العقدية ، التي تشكل محاورها العصب البصري وتنقل الإشارة البصرية إلى الدماغ. (انظر الشكل التوضيحي). تعمل الأجهزة التعويضية على مستويات مختلفة من الاستقبال الأولي والتحويل الكيميائي الحيوي للفوتونات الضوئية الواردة بواسطة أصباغ العصي والأقماع المستقبلة للضوء في الجزء الخلفي من الشبكية. يمكن أن تحفز الغرسات الخلايا ثنائية القطب مباشرة في اتجاه مجرى المستقبلات الضوئية ، على سبيل المثال ، أو الخلايا العقدية التي تشكل العصب البصري. بدلاً من ذلك ، بالنسبة لأمراض مثل الجلوكوما أو إصابات الرأس التي تضر بقدرة العصب البصري على ربط الشبكية بالمراكز البصرية للدماغ ، فقد تم تصميم الأطراف الاصطناعية لتحفيز النظام البصري على مستوى الدماغ نفسه. (انظر الرسم التوضيحي.)

بينما لم يتم اختبار الأطراف الاصطناعية للدماغ على الأشخاص بعد ، تظهر النتائج السريرية مع الأطراف الاصطناعية الشبكية أن الغرسات يمكن أن تمكن المرضى المكفوفين من تحديد موقع الأشياء والتعرف عليها ، وتوجيه أنفسهم في بيئة غير مألوفة ، وحتى أداء بعض مهام القراءة. لكن هذا المجال حديث العهد ، ولا تزال التحسينات الرئيسية ضرورية لتمكين استعادة البصر الوظيفية للغاية.

يعمل Henri Lorach حاليًا باحثًا زائرًا في جامعة ستانفورد ، حيث يركز على الرؤية الاصطناعية ومعالجة إشارات شبكية العين.

بدائل المستقبلات الضوئية المفقودة

بواسطة انظر في البكسل: يمكن زرع مصفوفات الخلايا الكهروضوئية من البكسل أعلى الظهارة الصبغية للشبكية (كما هو موضح هنا في عين الجرذ ، إلى اليمين) ، حيث تحفز النشاط في الخلايا العصبية الشبكية في اتجاه مجرى المستقبلات الضوئية التالفة. مختبر بالانكر ، جامعة ستانفورد دانيال بالانكر

في النهج تحت الشبكية للأطراف الاصطناعية البصرية ، توضع الأقطاب الكهربائية بين الظهارة الصبغية للشبكية (RPE) وشبكية العين. (انظر الشكل التوضيحي). هناك ، يقومون بتحفيز الخلايا العصبية الداخلية للشبكية غير السريعة - الخلايا ثنائية القطب والأفقية والأماكرين - والتي تنقل الإشارات العصبية عبر شبكة الشبكية إلى الخلايا العقدية الشبكية (RGCs) التي تنتشر إلى الدماغ عبر العصب البصري. يساعد تحفيز شبكة الشبكية في الحفاظ على بعض جوانب معالجة الإشارات الطبيعية لشبكية العين ، مثل "الاندماج الوميض" الذي يسمح لنا برؤية الفيديو كحركة سلسة ، على الرغم من أنه يتكون من إطارات ذات صور ثابتة تتكيف مع التحفيز المستمر وغير الخطي تكامل الإشارات أثناء تدفقها عبر شبكة الشبكية ، وهو جانب رئيسي من الاستبانة المكانية العالية. توفر النبضات الكهربائية التي تدوم عدة أجزاء من الألف من الثانية تحفيزًا انتقائيًا للخلايا العصبية الداخلية للشبكية وتجنب التنشيط المباشر للخلايا العقدية ومحاورها ، مما قد يحد بشكل كبير من قدرة المرضى على تفسير التخطيط المكاني للمشهد البصري.

في النهج تحت الشبكية للأطراف الصناعية البصرية ، يتم وضع أقطاب كهربائية بين الظهارة الصبغية للشبكية والشبكية ، حيث تحفز الخلايا العصبية الداخلية للشبكية غير المتحرّكة.

يقوم مشروع Boston Retinal Implant Project ، وهو فريق متعدد التخصصات من العلماء والمهندسين والأطباء في المؤسسات البحثية في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، بتطوير طرف اصطناعي للشبكية ينقل المعلومات من كاميرا مثبتة على النظارات إلى هوائي استقبال مزروع تحت الجلد حول العين باستخدام الترددات الراديوية القياس عن بعد - تقنية مشابهة للبث الإذاعي. ثم يتم تسليم الإشارة التي تم فك تشفيرها إلى مصفوفة أقطاب كهربائية مزروعة تحت الشبكية عبر كابل يخترق العين. المعلومات التي يتم توصيلها لشبكية العين بواسطة هذا الجهاز لا تتعلق باتجاه النظرة ، لذلك لمسح مشهد يجب على المريض تحريك رأسه بدلاً من عينيه فقط.

الغرسة تحت الشبكية Alpha IMS ، التي طورتها Retina Implant AG في Reutlingen ، ألمانيا ، تصحح هذه المشكلة عن طريق تضمين كاميرا تحت الشبكية ، والتي تحول الضوء في كل بكسل إلى تيارات كهربائية. تم اختبار هذا الجهاز بنجاح في المرضى الذين يعانون من التهاب الشبكية الصباغي المتقدم وتم اعتماده مؤخرًا للاستخدام السريري التجريبي في أوروبا. حدة البصر مع هذا النظام محدودة نوعًا ما: لا يتجاوز اختبار معظم المرضى 20/1000 ، باستثناء مريض واحد بلغ 20/550. 1 يحتاج نظام Alpha IMS أيضًا إلى مصدر طاقة مزروع ضخم به كبلات تعبر الصلبة وتتطلب جراحة معقدة ، مع ما يرتبط بذلك من مخاطر حدوث مضاعفات.

صفيف التحفيز: يمكن أن يكون هذا النموذج الأولي للمصفوفة فوق المشيمية ، والذي يتم زرعه خلف المشيمية ، أكبر من الأطراف الاصطناعية التي يتم إدخالها أمام الشبكية أو خلفها. مجاملة من NESTLAIR PHOTOGRAPHY للتغلب على هذه التحديات ، قمت أنا وزملائي بتطوير طرف اصطناعي لاسلكي تحت الشبكية يعمل بالضوء النبضي. يشتمل نظامنا على كمبيوتر جيب يقوم بمعالجة الصور الملتقطة بواسطة كاميرا فيديو مصغرة مثبتة على نظارات فيديو ، والتي تعرض هذه الصور في العين وعلى مصفوفة ثنائية ضوئية مزروعة تحت الشبكية. تقوم الثنائيات الضوئية في كل بكسل بتحويل هذا الضوء إلى تيار نبضي لتحفيز الخلايا العصبية الشبكية الداخلية القريبة. هذه الطريقة في توصيل المعلومات المرئية لاسلكية تمامًا ، وتحافظ على الارتباط الطبيعي بين حركة العين وإدراك الصورة.

يستخدم نظامنا أطوال موجية غير مرئية للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR ، 880-915 نانومتر) لتجنب إدراك الضوء الساطع بواسطة المستقبلات الضوئية الوظيفية المتبقية. لقد ثبت أنه يستنبط ويعدل بأمان استجابات شبكية في الفئران ذات الرؤية الطبيعية وفي الحيوانات التي أعمت بسبب تنكس الشبكية. أعادت مصفوفتان مع 70 ميكرومتر بكسل حدة البصر في الفئران العمياء إلى نصف المستوى الطبيعي ، وهو ما يقابل 20/250 حدة في الإنسان. استنادًا إلى عتبات التحفيز التي لوحظت في هذه الدراسات ، نتوقع أن حجم البكسل يمكن تقليله بمقدار ضعفين ، مما يحسن حدة البصر بشكل أكبر. إن سهولة غرس هذه المصفوفات اللاسلكية وتبليطها لتغطية مجال بصري واسع ، جنبًا إلى جنب مع الدقة العالية ، تفتح الباب لاستعادة الرؤية الوظيفية للغاية. نحن نعمل على تطوير هذا النظام تجاريًا بالتعاون مع شركة Pixium Vision الفرنسية ، ومن المقرر أن تبدأ التجارب السريرية في عام 2016.

متابعة الضوء: مريضة كفيفة تتنقل في مسار عقبة دون مساعدة كلبها المرشد ، وذلك بفضل كاميرا مثبتة على الرأس وجهاز كمبيوتر على ظهره ، والتي تجمع المعلومات المرئية وتعالجها قبل تقديم تمثيل للمشهد المرئي عبر شبكتها فوق الشبكية. بدلة. مجاملة من NESTLAIR PHOTOGRAPHY فابيو بنفيناتي من المعهد الإيطالي للتكنولوجيا في جنوة و Guglielmo Lanzani في مركز علوم وتكنولوجيا النانو التابع للمعهد في ميلانو يتابعان أيضًا النهج تحت الشبكية للأطراف الاصطناعية البصرية ، وتطوير جهاز يعتمد على البوليمرات العضوية التي يمكن أن تبسط تصنيع الزرع. 3 حتى الآن ، تبدو الغرسات تحت الشبكية الحساسة للضوء طريقة واعدة لاستعادة البصر للمكفوفين.

دانيال بالانكر أستاذ في قسم طب العيون ومختبر هانسن للفيزياء التجريبية بجامعة ستانفورد.

  1. ستينجل وآخرون ، "تعتمد النتيجة الوظيفية في الغرسات الإلكترونية تحت الشبكية على الانحراف النقراطي" ، استثمر Ophthalmol Vis Sci, 54:7658-65, 2013.
  2. Y. Mandel et al. ، "تظهر الاستجابات القشرية الناتجة عن الأطراف الاصطناعية تحت الشبكية الضوئية أوجه تشابه مع الإمكانات المستحثة بصريًا ،" نات كومون, 4:1980, 2013.
  3. د. Ghezzi وآخرون ، "واجهة البوليمر الإلكترونية الضوئية تستعيد حساسية الضوء في شبكية عين الفئران العمياء ،" نات الضوئيات, 7:400-06, 2013.

خلف العين

مشهد جديد: أحد متلقي نموذج أولي من البدلة فوق المشقوقة يختبر الجهاز مع باحثي Bionic Vision Australia (BVA). مجاملة من مشروع BIONIC VISION AUSTRALIA's BIONIC EYE بقلم لورين أيتون وديفيد نياغام

أظهرت الأطراف الاصطناعية تحت الشبكية المزروعة بين شبكية العين و RPE ، جنبًا إلى جنب مع الغرسات فوق الشبكية الموجودة على سطح شبكية العين (انظر أدناه) ، نتائج جيدة في استعادة بعض الإدراك البصري للمرضى الذين يعانون من فقدان البصر العميق. ومع ذلك ، تتطلب هذه الأجهزة عمليات جراحية صعبة تقنيًا ، ويحد موقع الزرع من الحجم المحتمل لهذه الأجهزة. تواجه الأطراف الاصطناعية فوق الشبكية وتحت الشبكية أيضًا تحديات تتعلق بالثبات وحدوث أحداث عكسية داخل العين ، مثل العدوى أو انفصال الشبكية. بسبب هذه المشكلات ، كان الباحثون يحققون في مكان أقل توغلًا وأكثر استقرارًا: بين المشيمية الوعائية والصلبة الخارجية. (انظر الرسم التوضيحي.)

مثل الأطراف الاصطناعية تحت الشبكية ، تستخدم الغرسات فوق الشبكية الخلايا ثنائية القطب وشبكة الشبكية وصولاً إلى الخلايا العقدية ، والتي تعالج المعلومات المرئية قبل نقلها إلى الدماغ. لكن الأجهزة المزروعة في هذا الموقع فوق الشبكي يمكن أن تكون أكبر من تلك المزروعة مباشرة فوق الشبكية أو تحتها ، مما يسمح لها بتغطية مجال بصري أوسع ، مما يجعلها مثالية لأغراض الملاحة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تخترق مصفوفات الأقطاب الكهربائية فوق الشبكية شبكية العين ، مما يجعل إجراء جراحي أبسط من شأنه أن يقلل من فرصة الأحداث الضائرة ويمكنه حتى السماح بإزالة الجهاز أو استبداله بأقل ضرر للأنسجة المحيطة.

بدأ العمل الهندسي المبكر على تصميم الجهاز فوق الشبكي في التسعينيات من القرن الماضي مع إجراء بحث مستقل في جامعة أوساكا في اليابان 1 ومركز أبحاث الإلكترونيات الحيوية والنظم في جامعة سيول الوطنية في كوريا الجنوبية. أظهرت كلتا المجموعتين دليلاً على المفهوم في اختبار مقاعد البدلاء والعمل قبل السريري ، وذهبت المجموعة اليابانية إلى التجارب السريرية البشرية بنتائج واعدة. 3 بعد ذلك ، استمر التعاون الكوري الجنوبي مع جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا في تطوير الجهاز فوق الشحمي.

في الآونة الأخيرة ، أجرت مجموعاتنا ، معهد Bionics ومركز أبحاث العيون في أستراليا ، كجزء من شراكة Bionic Vision Australia (BVA) ، سلسلة من الدراسات قبل السريرية بين عامي 2009 و 2012. 4 أظهرت هذه الدراسات سلامة وفعالية غرسة فوقية نموذجية أولية ، تتكون من حامل سيليكون مع 33 قطبًا كهربائيًا على شكل قرص بلاتيني يمكن تنشيطه في مجموعات مختلفة لاستنباط تصور الأنماط البدائية ، مثل وحدات البكسل الموجودة على الشاشة. قبل عامين ، بدأت BVA تجربة تجريبية ، حيث زرع الباحثون النموذج الأولي في الفضاء فوق المشعر لثلاثة مرضى التهاب الشبكية الصباغي في المرحلة النهائية الذين كانوا بالكاد قادرين على إدراك الضوء. تم ربط مجموعة الأقطاب الكهربائية بموصل من التيتانيوم مثبت على الجمجمة خلف الأذن ، مما يسمح بالتحفيز العصبي ومراقبة القطب دون الحاجة إلى أي إلكترونيات مزروعة. 5 في جميع المرضى الثلاثة ، أثبت الجهاز أنه مستقر وفعال ، حيث يوفر إدراكًا بصريًا كافيًا لتحديد موضع الضوء بشكل أفضل ، والتعرف على الأشكال الأساسية ، والتوجيه في الغرفة ، والسير عبر متاهات التنقل مع تصادمات أقل. 6 يجري التحضير للتجارب السريرية المستقبلية ، والتي ستزود الأشخاص بجهاز قابل للزرع بالكامل مع ضعف عدد الأقطاب الكهربائية.

يمكن أن تكون الأطراف الاصطناعية فوق الشبكية أكبر من تلك المزروعة فوق الشبكية أو تحتها مباشرة ، مما يسمح لها بتغطية مجال بصري أوسع ، وهي مثالية لأغراض الملاحة.

وفي الوقت نفسه ، تعمل مجموعة جامعة أوساكا مع شركة NIDEK اليابانية على تطوير جهاز اصطناعي داخل الجسم ، والذي ، على عكس الأجهزة الكورية وأجهزة BVA ، يتم زرعه بين طبقات الصلبة بدلاً من الفضاء فوق العضلي. في تجربة إكلينيكية لهذا الجهاز ، غالبًا ما يشار إليه باسم التحفيز فوق الشوكي عبر الشبكية (STS) ، أظهر مريضان مصابان بالتهاب الشبكية الصباغي المتقدم تحسنًا في الدقة المكانية ووحدة البصر على مدى أربعة أسابيع بعد الزرع. 3

ستكون هناك حاجة إلى عمل مستقبلي للتحقيق الكامل في الاختلاف في الإدراك البصري الذي توفره الأجهزة المزروعة في مواقع مختلفة في العين ، ولكن العلامات الأولية واعدة بأن التحفيز فوق المشبكي هو خيار سريري آمن وقابل للتطبيق للمرضى الذين يعانون من بعض أمراض الشبكية التنكسية.

لورين أيتون زميلة أبحاث ورئيسة برنامج طب العيون الإلكترونية في مركز أبحاث العيون في أستراليا التابع لجامعة ملبورن. ديفيد ناياغام هو زميل أبحاث وقائد دراسات ما قبل السريرية المزمنة للعين الإلكترونية في معهد Bionics في شرق ملبورن وزميل أبحاث فخري في جامعة ملبورن.

  1. H. Sakaguchi وآخرون ، "التحفيز الكهربائي عبر الشبكية باستخدام قطب كهربائي متعدد القنوات فوق الشريان في عيون الأرانب ،" Jpn J العيون, 48:256-61, 2004.
  2. ج. Zhou et al. ، "تصميم محفز كهربائي فوق الشبكية للتجارب الحيوانية طويلة المدى وتقييم في الجسم الحي لجدواه وتوافقه الحيوي في الأرانب ،" ي بيوميد Biotechnol, 2008:547428, 2008.
  3. تي فوجيكادو وآخرون ، "اختبار البدلة الشبكية المزروعة بشكل شبه زمني عن طريق التحفيز فوق الشبكي عبر الشبكية في المرضى الذين يعانون من التهاب الشبكية الصباغي ،" استثمر Ophthalmol Vis Sci, 52:4726-33, 2011.
  4. د. Nayagam et al. ، "التحفيز الكهربائي المزمن باستخدام طرف اصطناعي فوق الشبكية: دراسة سلامة وفعالية ما قبل السريرية ،" بلوس واحد، 9: e97182 ، 2014.
  5. A.L. Saunders et al. ، "تطوير إجراء جراحي لزرع نموذج أولي للشبكية الاصطناعية فوق المشبكية ،" كلين & أمبير إكسب أوفثالمول، 10.1111 / الرئيس التنفيذي .12287، 2014
  6. م. Shivdasani وآخرون ، "العوامل التي تؤثر على عتبات الإدراك الحسي في الطرف الاصطناعي فوق الشبكية ،" استثمر Ophthalmol Vis Sci، في الصحافة.

إختصار الشبكية

TINY IMPLANTS: غرسة الشبكية Argus II ، التي تمت الموافقة عليها للبيع في أوروبا في عام 2011 وفي الولايات المتحدة في عام 2012 ، تتكون من مجموعة 3 مم × 5 مم 60 قطبًا كهربائيًا (كما هو موضح هنا) وكاميرا خارجية ووحدة معالجة فيديو . يمكن لمستخدمي هذا الزرع إدراك التناقضات بين المناطق الفاتحة والداكنة. © PHILIPPE PSAILA / SCIENCE SOURCE بقلم مارك همايون وجيمس ويلاند و ستيفن والستون

بعد تجاوز معالجة شبكية العين ، طور الباحثون ما يسمى بالأجهزة فوق الشبكية الموضوعة على السطح الأمامي للشبكية ، حيث تحفز الخلايا العقدية التي هي الخلايا العصبية المنتجة للعين. تستهدف هذه الإستراتيجية آخر طبقة خلوية في شبكة الشبكية ، لذا فهي تعمل بغض النظر عن حالة الخلايا العصبية المنبع. (انظر الرسم التوضيحي.)

في عام 2011 ، حصلت شركة Second Sight على موافقة من الاتحاد الأوروبي لتسويق جهازها فوق الشبكي ، نظام Argus II البصري الاصطناعي ، والذي سمح للأشخاص الخاضعين للتجارب السريرية الذين كانوا مكفوفين لعدة سنوات باستعادة بعض الإدراك البصري مثل التعرف الأساسي على الشكل ، وفي بعض الأحيان ، القدرة على القراءة. في العام التالي ، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على الجهاز ، الذي يستخدم كاميرا مثبتة على النظارات لالتقاط المشاهد المرئية ونقل هذه المعلومات لاسلكيًا كأنماط تحفيز كهربائي إلى مصفوفة أقطاب كهربائية 6 × 10. يتم وضع المصفوفة جراحيًا في المنطقة البقعية ، وهي المسؤولة في شبكية العين السليمة عن الرؤية عالية الحدة ، وتغطي مساحة تبلغ حوالي 20 درجة من المساحة المرئية.

أظهرت تجربة سريرية أن 30 مريضًا يتلقون الجهاز قادرون على تحديد موقع مربع عالي التباين بدقة أكبر على شاشة الكمبيوتر ، وعندما يُطلب منهم تتبع شريط متحرك عالي التباين ، فإن نصفهم تقريبًا قادرون على تمييز اتجاه حركة الشريط. أفضل من بدون النظام. 1 كما مكنت زيادة حدة البصر المرضى من قراءة الحروف الكبيرة ، وإن كان ذلك بمعدل بطيء ، وحسنت حركة المرضى. 2 مع توفر Argus II ، فإن المرضى الذين يعانون من التهاب الشبكية الصباغي الحاد لديهم العلاج الأول الذي يمكنه بالفعل تحسين الرؤية. حتى الآن ، تم زرع النظام تجاريًا في أكثر من 50 مريضًا.

أظهرت العديد من الأطراف الاصطناعية فوق الشبكية نتائج واعدة ، على الرغم من عدم حصول أي منها على موافقة الجهات التنظيمية. بين عامي 2003 و 2007 ، اختبرت شركة Intelligent Medical Implants نموذجًا أوليًا مزروعًا مؤقتًا مكونًا من 49 قطبًا كهربائيًا في ثمانية مرضى ، الذين أبلغوا عن رؤية نقاط ضوئية عند تنشيط الأقطاب الكهربائية. تم زرع معظم هذه الأجهزة النموذجية لبضعة أشهر فقط ، ومع ذلك ، وبدون وجود كاميرا مدمجة ، لا يمكن للمرضى تنشيط الجهاز خارج العيادة ، مما يحد من تقييم فعالية الطرف الاصطناعي. تم إصلاح هذه المجموعة لتصبح Pixium Vision ، وهي الشركة التي تتعاون حاليًا مع مجموعة Daniel Palanker في ستانفورد لتطوير جهاز تحت الشبكية ، وقد طورت الآن غرسة فوق الشبكية دائمة في التجارب السريرية. تخطط المجموعة أيضًا لإجراء تجارب على جهاز مكون من 150 قطبًا كهربيًا يأمل في تحسين دقة الرؤية بشكل أكبر.

تهدف التطورات المستقبلية في هذا المجال إلى تحسين الدقة المكانية للرؤية المحفزة وزيادة مجال الرؤية التي يمكن إدراكها وزيادة عدد الأقطاب الكهربائية. تعمل الأقطاب الكهربائية الأصغر على تنشيط عدد أقل من الخلايا العقدية الشبكية ، مما يؤدي إلى دقة أعلى. سيتم اختبار هذه الاستراتيجيات بدقة ، وإذا نجحت ، فقد تمكن الأطراف الاصطناعية الشبكية التي توفر رؤية أفضل للعالم.

مارك همايون هو رئيس كورنيليوس جي بينغز في العلوم الطبية الحيوية بجامعة جنوب كاليفورنيا ، حيث يعمل جيمس ويلاند أستاذًا لطب العيون والهندسة الطبية الحيوية. ستيفن والستون طالب دراسات عليا في مختبر أبحاث الإلكترونيات الحيوية بالجامعة.

  1. السيدة. همايون وآخرون ، "النتائج المؤقتة من التجربة الدولية للأطراف الاصطناعية المرئية من Second Sight ،" طب العيون ، 119: 779-88 ، 2012.
  2. L. da Cruz et al. ، "يسمح نظام Argus II فوق الشبكية للأطراف الاصطناعية بقراءة الحروف والكلمات والوظيفة طويلة المدى في المرضى الذين يعانون من فقدان البصر العميق ،" Br J Ophthalmol ، 97: 632-36 ، 2013.

في الدماغ

مباشرة إلى الدماغ: نظام الرؤية الإلكترونية من Gennaris - والذي يشتمل على كاميرا مثبتة على نظارة العين - تستقبل المعلومات المرئية (أدناه) ، ومعالج رؤية محوسب صغير (يمين) ، وبلاط إلكتروني 9 مم × 9 مم (أقصى اليمين) مزروع في نصف كرة من القشرة البصرية في الجزء الخلفي من الدماغ - من المتوقع أن تدخل التجارب البشرية العام المقبل. مجاملة من MVG بقلم كوليت مان وآرثر لوري وجيفري في روزنفيلد

بالإضافة إلى الخلايا العصبية للعين ، استهدف الباحثون أيضًا الدماغ لتحفيز الرؤية الاصطناعية لدى البشر. أظهرت التجارب المبكرة على مرضى الصرع الذين يعانون من نوبات مستمرة من قبل أطباء الأعصاب وجراحي الأعصاب الألمان أوتفريد فورستر في عام 1929 وفيدور كراوس وهاينريش شوم في عام 1931 ، أن التحفيز الكهربائي للقطب القذالي ، وهو الجزء الخلفي من كل نصف كرة دماغية ، أدى إلى إحساس ومضات ضوئية ، الفوسفينات. بحلول منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، قام الأمريكيون جون سي باتون ، وهو طبيب عظام ولاحقًا دكتوراه في الطب ، وتريسي بوتنام ، رئيس قسم جراحة الأعصاب في مستشفى Cedars-Sinai في لوس أنجلوس ، بزرع أسلاك من الفولاذ المقاوم للصدأ متصلة بمحفز بسيط في قشرة أربعة الأشخاص الذين كانوا مكفوفين ، وأفاد المرضى في وقت لاحق أنهم رأوا ومضات من الضوء.

تم إنتاج أول بدلة بصرية قشرية وظيفية في إنجلترا في عام 1968 ، عندما قام جايلز برينديلي ، عالم وظائف الأعضاء ، ووالبول لوين ، جراح الأعصاب ، وكلاهما في جامعة كامبريدج ، بزرع 80 قطبًا كهربائيًا سطحيًا مدمجًا في غطاء سيليكون في القشرة القذالية اليمنى لمريض. تم توصيل كل قطب كهربائي بواحد من 80 جهاز استقبال راديو خارج الجمجمة ، مما أدى إلى إنشاء أشكال فوسفين بسيطة ومميزة. يمكن للمريضة أن تشير بيدها إلى موقعها في مجالها البصري. عندما تم تحفيز أكثر من قطب كهربائي في وقت واحد ، ظهرت أنماط بسيطة.

كان الهدف اللاحق للراحل William H. Dobelle هو تزويد المرضى بصور بصرية تشتمل على مجموعات منفصلة من الفوسفين - وبعبارة أخرى ، الرؤية الاصطناعية. بدأ دوبيل في دراسة التحفيز الكهربائي للقشرة البصرية في أواخر الستينيات من القرن الماضي على مرضى مبصرين يخضعون لعملية جراحية لإزالة أورام الفص القذالي. قام بعد ذلك بزرع مصفوفات أقطاب سطحية ، أولاً بشكل مؤقت ، ثم بشكل دائم ، في القشرة البصرية للعديد من المتطوعين المكفوفين. ومع ذلك ، لم تكن التكنولوجيا متاحة حتى أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين لتوصيل كاميرا صغيرة محمولة وجهاز كمبيوتر بالأقطاب الكهربائية من أجل التحويل العملي لمشاهد العالم الحقيقي إلى إشارات كهربائية. مع التحفيز القشري الناتج ، كان المريض قادرًا على التعرف على الحروف الكبيرة المطبوعة ومخطط الصور.

مجاملة من MVG لاستخراج الفوسفين ، ومع ذلك ، فإن الأقطاب الكهربائية السطحية المستخدمة في هذه الأطراف الاصطناعية القشرية المبكرة تتطلب تيارات كهربائية كبيرة (

3 مللي أمبير - 12 مللي أمبير) ، والتي تنطوي على خطر التسبب في نوبات الصرع أو الصداع النصفي المنهك. تطلبت الأجهزة أيضًا كابلات خارجية اخترقت الجمجمة ، مما يعرضها لخطر الإصابة. اليوم ، مع استخدام التكنولوجيا اللاسلكية ، يهدف عدد من المجموعات إلى تحسين الأطراف الاصطناعية للرؤية القشرية ، على أمل تقديم فائدة لملايين الأشخاص المصابين بالعمى المستعصي حاليًا.

أحد الأجهزة الواعدة من مجموعتنا هو نظام Gennaris للرؤية الإلكترونية ، والذي يتكون من كاميرا رقمية على إطار نظارات. يتم نقل الصور إلى معالج رؤية محوسب صغير يحول الصورة إلى أنماط موجية ، ثم يتم نقلها لاسلكيًا إلى مربعات إلكترونية صغيرة يتم زرعها في القشرة البصرية الموجودة في الجزء الخلفي من الدماغ. يحتوي كل بلاط على 43 قطبًا مخترقًا ، وقد يولد كل قطب فوسفينًا. ستنشئ أنماط الفوسفين مخططات ثنائية الأبعاد للأشكال ذات الصلة في المجال البصري المركزي. الجهاز في مرحلة ما قبل السريرية ، مع التخطيط لإجراء التجارب البشرية الأولى في العام المقبل ، عندما نأمل في زرع أربعة إلى ستة بلاطات لكل مريض لتحفيز أنماط من عدة مئات من الفوسفين التي يمكن للمرضى استخدامها للتنقل في البيئة ، وتحديد الأشياء أمام عليها ، واكتشاف الحركة ، وربما قراءة الأحرف الكبيرة.

يتسارع التطور في أجهزة الرؤية الإلكترونية بسرعة بسبب الجهود التعاونية باستخدام أحدث شرائح السيليكون وتصميم الأقطاب الكهربائية وخوارزميات معالجة رؤية الكمبيوتر والتقنيات اللاسلكية.

من بين المجموعات الأخرى التي تعمل حاليًا على تطوير الأطراف الاصطناعية البصرية القشرية ، معهد إلينوي للتكنولوجيا ، وجامعة يوتا ، ومدرسة الفنون التطبيقية في مونتريال في كندا ، وجامعة ميغيل هيرنانديز في إسبانيا. تتبع كل هذه الأجهزة نفس مبدأ إحداث الفوسفين الذي يمكن أن يتخيله المريض. يجب التغلب على العديد من التحديات التقنية قبل إحضار هذه الأجهزة إلى العيادة ، بما في ذلك الحاجة إلى تحسين تقنيات الزرع. بالإضافة إلى الحاجة إلى سلامة المريض ، تعد الدقة والتكرار عند إدخال الجهاز مهمة لتحقيق أقصى قدر من النتائج.

تتسارع عملية تطوير أجهزة الرؤية الإلكترونية بسرعة بسبب الجهود التعاونية باستخدام أحدث شرائح السيليكون وتصميم الأقطاب الكهربائية وخوارزميات معالجة رؤية الكمبيوتر والتقنيات اللاسلكية. نحن متفائلون بأن مجموعة من أجهزة الرؤية الإلكترونية العملية والآمنة والفعالة ستكون متاحة خلال العقد القادم وأن الأفراد المكفوفين سيكون لديهم القدرة على "رؤية" عالمهم مرة أخرى.

كوليت مان هي منسقة البرنامج الإكلينيكي لمجموعة Monash Vision Group في ملبورن ، أستراليا ، حيث يتولى آرثر لوري ، أستاذ الهندسة الكهربائية ، منصب مديرها. جيفري في روزنفيلد هو رئيس قسم العلوم السريرية وقسم الجراحة في المدرسة السريرية المركزية في جامعة موناش ومدير قسم جراحة الأعصاب في مستشفى ألفريد ، الموجود أيضًا في ملبورن.


2. المواد والأساليب

2.1 سمكة الزرد المعدلة وراثيا

تم إجراء جميع الإجراءات وفقًا لإرشادات لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسية بجامعة واشنطن. تمت تربية الأسماك الجنينية واليرقية عند 28 درجة مئوية في غرفة ذات دورة إضاءة عادية ، وتضاء من الساعة 9:00 حتى 23:00. تم الحفاظ على الأجنة في مياه النظام حتى 12-24 ساعة بعد الإخصاب (hpf) ، وعند هذه النقطة تم وضع الأجنة في نظام ماء يحتوي على 0.2 ملي مولار من N-Phenylthiorurea (PTU) (Sigma P7629) لمنع التصبغ. تم فحص اليرقات المعدلة وراثيا لتعبير البروتين الفلوري (FP) بعد الفقس ، عادة في 4 أيام بعد الإخصاب (dpf). تمت إزالة اليرقات التي تم فحصها من مياه النظام المحتوية على PTU ، ونقلها إلى منشأة الزرد بجامعة واشنطن حيث تم إطعامها بانتظام. تم التخلص من يرقات الزرد باستخدام جرعة زائدة من MS-222 (Sigma A5040) (200-500 مجم / لتر). انظر الجدول 1 للحصول على قائمة بجميع الخطوط المعدلة وراثيا المستخدمة. ال Tg (gnat2: nfsBmCherry) تم إنشاء الخط المعدل وراثيًا عن طريق حقن pTol2pA-gnat2-nfsBmCherry plasmid في بيض مخصب في مرحلة الخلية الواحدة ، وتم فحص النسل بواسطة تعبير mCherry. تم إنشاء pTol2pA-gnat2-nfsBmCherry plasmid في تفاعل إعادة تركيب البوابة: p5E: gnat2 (Suzuki et al. ، 2013) ، pME: nfsBmCherry (Yoshimatsu et al. ، 2016) ، p3EpA ، و pDestTol2pA ، 2007 ).

المعدلة وراثيا مصدر خلايا الشبكية المسمى الاختزال
Tg (gnat2: nfsBmCherry) معمل وونغ جميع أنواع المخروط gnat2
Tg (thrb: G4VP16 UAS: nfsBmCherry) س 31 (يوشيماتسو وآخرون ، 2016) ج 264 (دافيسون وآخرون ، 2007) المخاريط الحمراء trβ2
Tg (thrb: Tomato) س 22 (سوزوكي وآخرون ، 2013) المخاريط الحمراء trβ2
Tg (Thb: MA-YFP) س 23 (سوزوكي وآخرون ، 2013) المخاريط الحمراء trβ2
Tg (opn1sw1: nfsBmCherry) س 28 (يوشيماتسو وآخرون ، 2016) مخاريط الأشعة فوق البنفسجية sws1
Tg (−5.5opn1sw1: EGFP) kj9 (تاكيشي ، هاماوكا ، وكوامورا ، 2003) مخاريط الأشعة فوق البنفسجية sws1
Tg (opn1sw2: nfsBmCherry) س 30 (يوشيماتسو وآخرون ، 2016) المخاريط الزرقاء sws2
Tg (−3.5opn1sw2: EGFP kj11 (تاكيشي ، سينو ، وكوامورا ، 2008) المخاريط الزرقاء sws2
Tg (Xla.Rho: EGFP) fl1 (فدول ، 2003) قضبان اكسوبس
Tg (gfap: GFP) ميل 2001 (برناردوس وريموند ، 2006) مولر الدبقية جفاب

2.2 الاستئصال الانتقائي للخلايا

لاجتثاث مجموعات مخروطية محددة ، تم غمر اليرقات التي تعبر عن NTR في محلول Metronidazole (Met) (10 ملي مولار في ماء النظام) عند 7 dpf لمدة 1 أو 6 ساعات ، وفقًا للنموذج التجريبي. تم تغذية اليرقات بانتظام ، وغسلها في مياه نظيفة في نهاية العلاج ، وتربيت بشكل طبيعي.

2.3 وسم EdU

تم تصنيف الخلايا الانقسامية في اليرقات الحية عن طريق الغمر في محلول يحتوي على 0.5 ملي مولار من F-ara-EdU (Yoshimatsu et al. ، 2016) (Sigma T511293) في ماء النظام. تم تحديد مدة العلاج وفقًا للنموذج التجريبي. تم استبدال نصف حجم المحلول كل يوم. لتصور وسم EdU ، تم نفاذية شبكية العين الكاملة الثابتة في 0.3-0.5٪ TritonX-100 (Sigma T8787) في 0.1 M PBS لمدة 30 دقيقة عند درجة حرارة الغرفة ، ثم غسلها ثلاث مرات في PBS.تم إجراء تفاعلات النقر في محلول PBS باستخدام 10 ميكرومتر من Cy5-azide (Lumiprobe A2020) ، 2 ملي مولار من كبريتات النحاس (II) (Sigma 45167) ، و 20 ملي أسكوربات الصوديوم (Sigma A7631) لمدة ساعة واحدة عند درجة حرارة الغرفة. تمت معالجة العينات للكيمياء المناعية بعد ثلاث عمليات غسل من برنامج تلفزيوني.

2.4 الكيمياء الهيستولوجية المناعية

بعد القتل البشري ، تم تثبيت اليرقات في محلول من 4٪ بارافورمالدهيد و 3٪ سكروز في محلول ملحي 0.1 مولار بالفوسفات (PBS) ، ودرجة الحموضة 7.4 عند درجة حرارة الغرفة ، وتم تشريح شبكية العين في غضون 1-3 أيام. تم إصلاح انسداد شبكية العين بالكامل في PBS الذي يحتوي على 5٪ من مصل الحمير الطبيعي و 0.5٪ TritonX-100 لمدة 1-4 ساعات عند درجة حرارة الغرفة. تم تحضين الأنسجة في جسم مضاد أولي في محلول معطل لمدة 1-5 أيام عند 4 درجات مئوية. بعد ثلاث غسلات في 0.5٪ TritonX-100 في برنامج تلفزيوني ، تم تحضين العينات في محلول جسم ثانوي لمدة يوم واحد عند 4 درجات مئوية. تم غسل العينات ثلاث مرات في برنامج تلفزيوني ، وتركيبها في 0.7 ٪ agarose ، ومغطاة في Vectashield (Vector Labs). انظر الجدولين 2 و 3 للحصول على قوائم بجميع الأجسام المضادة الأولية والثانوية المستخدمة.

الجسم المضاد مضيف تركيز مصدر RRID
مضاد للاعتقال الفأر 1:100 ZIRC (Larison & Bremiller، 1990) AB_10013803
مضاد- DsRed أرنب 1:500 كلونتيك 632496 AB_10013483
مكافحة GFP فرخة 1:500 Abcam ab13970 AB_300798
مكافحة GFP الفأر 1:200 نيوروماب 75-132 غير متوفر
مكافحة GFP أرنب 1:500 Abcam ab13970 AB_371416
أوبسين مضاد للأشعة فوق البنفسجية أرنب 1:1,000 هدية جيريمي ناثانس (لو وآخرون ، 2004) غير متوفر
الجسم المضاد مضيف تركيز مصدر RRID
488- كريم شراب مضاد للدجاج ماعز 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2336973
مضاد للفأر IgG DyLight405 ماعز 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2338986
مضاد للفأر IgG DyLight488 حمار 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2572300
مضاد للفأر IgG DyLight649 ماعز 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2338811
مضاد الأرانب IgG DyLight488 حمار 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2492289
568- أقراص مدببة حمار 1:500 تقنيات الحياة AB_2534017
647 شراب ميثيل أقراص حمار 1:500 جاكسون ImmunoResearch AB_2340625

2.5 مجموعات من الخطوط المعدلة وراثيا والوسم المناعي لقياس تجديد النوع المخروطي

لم يكن من الممكن دائمًا تصور جميع أنواع المخاريط الأربعة في شبكية واحدة. طرق وضع العلامات المخروطية (الخطوط المعدلة وراثيا والوسم المناعي) المستخدمة لقياس كثافة المخروط في ظل ظروف تجريبية مختلفة (الشكل 7) مفصلة هنا.

15 ضوابط dpf: الأشعة فوق البنفسجية والمخاريط الزرقاء متصورتان معًا في Tg (sws1: nfsBmCherry sws2: GFP). المخاريط الحمراء والخضراء متصورة معًا في Tg (trβ2: G4VP16 UAS: nfsBmCherry) مع توقيف في 3a المناعة.

اجتثاث جميع المخاريط: المخاريط الحمراء والخضراء والأشعة فوق البنفسجية والأزرق متصورة معًا باستخدام Tg (gnat2: nfsBmCherry trβ2: MYFP) مع مناعة للاعتقال في 3 أ و UV-opsin.

اجتثاث المخاريط الحمراء: مخاريط حمراء وخضراء وزرقاء متصورة معًا باستخدام Tg (trβ2: G4VP16 UAS: nfsBmCherry sws2: GFP) مع توقيف في 3a المناعة.

تصور المخاريط الحمراء والأشعة فوق البنفسجية معًا باستخدام Tg (trβ2: G4VP16 UAS: nfsBmCherry ، sws1: GFP).

استئصال مخاريط الأشعة فوق البنفسجية: المخاريط الحمراء والخضراء والأشعة فوق البنفسجية متصورة معًا باستخدام Tg (sws1: nfsBmCherry trβ2: tdTomato) مع توقيف في 3 مناعة.

2.6 الحصول على الصورة متحد البؤر

تم الحصول على مكدسات الصور على مجهر متحد البؤر (أوليمبوس FV1000 أو لايكا TCS SP8) باستخدام فتحة عددية 1.35 (NA) 60 × زيت (أوليمبوس) ، 63 × زيت (1.4 NA) (لايكا) ، 20 × زيت (0.85 NA) ( أوليمبوس) ، أو عدسة موضوعية 20 × زيت (0.75 NA) (لايكا). تم الحصول على الصور بالدقة التالية: صور تكبير عالية للدوران المتعامد ، 0.18 ميكرومتر لكل بكسل س ص و 0.3 ميكرومتر ض خطوة تحديد أنواع الخلايا المخروطية المجددة ، 0.18 ميكرومتر لكل بكسل س ص و 0.5 ميكرومتر ض خطوة شبكية العين بأكملها ، بين 0.1 و 0.4 ميكرومتر لكل بكسل س ص، و 1 ميكرومتر ض خطوات.

2.7 تحليل الصورة

تم ترشيح متوسط ​​أكوام الصور في فيجي (المعاهد الوطنية للصحة) (Schindelin et al. ، 2012). تم إنشاء توقعات الكثافة القصوى في Amira (FEI). تم تقطيع عمليات إعادة بناء الصورة ثلاثية الأبعاد رقميًا باستخدام وظائف شريحة أميرة. تم إجراء جميع القياسات في فيجي. تم تعديل سطوع الصورة والتباين وتدرج الألوان بشكل أكبر في Photoshop (Adobe) أو GIMP (GNU Image Manipulation Platform).

تم تقييم كثافة الخلايا عبر شبكية العين عن طريق حساب عدد الخلايا المسمى داخل منطقة في شبكية العين المركزية الظهرية. في يرقات 10 dpf ، تم حساب المخاريط داخل منطقة المستطيل ،

5000 ميكرومتر 2. في 15 يرقات dpf ، تم حساب المخاريط داخل منطقة بيضاوية ، حوالي 15000 ميكرومتر 2.

2.8 التحليل الإحصائي

نظرًا لأنه لم يكن من الممكن في معظم الظروف التجريبية تصور جميع مجموعات المخروط معًا في شبكية واحدة ، فقد تم تجميع البيانات الكمية لإجراء مقارنات إحصائية. في الشكل 2 ب ، تم استخدام ANOVA أحادي الاتجاه لاختبار الاختلافات في كثافات المخروط عبر ظروف الاجتثاث المخروطي. تم إجراء مقارنات زوجية بين ظروف الاستئصال المخروطي باستخدام اختبار مجموع رتبة ويلكوكسون-مان-ويتني. في الشكل 7 ، تم استخدام ANOVA أحادي الاتجاه لاختبار الاختلافات في كثافات المخروط عبر أنواع المخروط في كل حالة استئصال. تم إجراء مقارنات زوجية بين أنواع المخروط باستخدام اختبار مجموع رتبة ويلكوكسون-مان-ويتني. في الجدول 4 (انظر القسم 3) ، تم إجراء مقارنات زوجية بين أنواع المخروط في مجموعات التحكم والمجموعات التي تم تجديدها باستخدام اختبار مجموع رتبة ويلكوكسون-مان-ويتني. تم إجراء جميع الاختبارات الإحصائية باستخدام مستوى دلالة 0.05. يتم الإبلاغ عن جميع المقاييس الكمية على أنها متوسط ​​الخطأ المعياري ± (SEM).

  • ملاحظة: ص- القيم المأخوذة من المقارنات الزوجية لكثافة المخروط في 15 dpf unablated ، والأسماك الضابطة مقابل الكثافة المخروطية المتجددة (إيجابية EdU) في الأسماك المعالجة بالميت ، واختبار مجموع رتبة Wilcoxon-Mann-Whitney. ("تجديد."

التعبير الديناميكي عن هرمون الغدة الدرقية - تنظيم الجينات أثناء التطور

تشير بياناتنا إلى أن التحكم الزمني في إشارات هرمون الغدة الدرقية يحدد قرار مصير مخروط S مقابل L / M ، حيث يؤدي انخفاض الإشارة مبكرًا إلى تحفيز مصير S وإشارات عالية في وقت متأخر تؤدي إلى مصير L / M. يوجد هرمون الغدة الدرقية إلى حد كبير في حالتين: هرمون الغدة الدرقية (T4) ، وهو الشكل الأكثر انتشارًا لهرمون الغدة الدرقية ، و T3 ، الذي يربط مستقبلات هرمون الغدة الدرقية بألفة عالية (31, 35). نظرًا لأن وسط الاستزراع يحتوي على كميات منخفضة من T3 و T4 ، فقد افترضنا أن شبكية العين نفسها يمكن أن تعدل و / أو تولد هرمون الغدة الدرقية للتحكم في مصائر الأنواع الفرعية.

يحدث تحويل T4 إلى T3 محليًا في الأنسجة المستهدفة للحث على استجابات التعبير الجيني (36, 37). يتم التعبير عن Deiodinases - الإنزيمات التي تعدل مستويات T3 و T4 - في شبكية عين الفئران والأسماك والدجاج (29, 3842). لذلك ، توقعنا أنه سيتم التعبير عن الإنزيمات المهينة T3 و T4 أثناء التطور المبكر للعين البشرية لتقليل إشارات هرمون الغدة الدرقية وتحديد مخاريط S ، في حين أن الإنزيمات المنتجة لـ T3 والناقلات والناقلات سيتم التعبير عنها لاحقًا في تطور العين البشرية لزيادة تشوير وتوليد أقماع L / M.

لاختبار هذه التنبؤات ، قمنا بفحص التعبير الجيني خلال 250 يومًا من تطور العضويات. تم تجميع أنماط التعبير عن الجينات المنظمة لهرمون الغدة الدرقية في ثلاث فئات: التعبير المتغير (الشكل 4 أ) ، التعبير المتسق (الشكل 4 ب) ، أو عدم التعبير (الشكل 4 ج). ديودناز 3 (DIO3) ، وهو إنزيم يحط من T3 و T4 (36) ، تم التعبير عنها عند مستويات عالية في وقت مبكر من التطور العضوي ولكن بمستويات منخفضة لاحقًا (الشكل 4 أ). على العكس من ذلك ، فإن deiodinase 2 (DIO2) ، وهو إنزيم يحول T4 إلى T3 نشط (36) ، تم التعبير عنها عند مستويات منخفضة مبكرًا ولكن بعد ذلك زادت بشكل كبير بمرور الوقت (الشكل 4 أ). قمنا بفحص بيانات RNA-seq من هوشينو وآخرون آل (23) ووجدت أن تطوير شبكية العين البشرية تظهر تغيرات زمنية مماثلة في التعبير عن DIO3 و DIO2 (الشكل S3A). ديودناز 1 (DIO1) ، الذي ينظم T3 و T4 في الغالب في الكبد والكلى (43) ، في العضيات أو شبكية العين (الشكل 4C والشكل S3C). وهكذا ، فإن التعبير الديناميكي عن ديو 3 و ديو 2 يدعم انخفاض إشارات هرمون الغدة الدرقية في وقت مبكر من التطور لتوليد الأقماع S وهرمون الغدة الدرقية المرتفع الذي يشير في وقت متأخر لإنتاج مخاريط L / M.

(أ إلى ج) خرائط الحرارة لقيم السجل (TPM + 1) للجينات مع (أ) تعبير متغير ، (ب) تعبير متسق ، و (ج) بدون تعبير. تشير الأرقام الموجودة في الجزء السفلي من الخرائط الحرارية إلى عمر العضو العضوي بالأيام. (د) نموذج للآلية الزمنية لمواصفات النوع الفرعي المخروطي في البشر. من أجل التبسيط ، يتم توضيح أدوار DIO3 و DIO2 فقط. في الخطوة 1 ، يؤدي التعبير عن DIO3 إلى تدهور T3 و T4 ، مما يؤدي إلى مواصفات مخروط S. في الخطوة 2 ، يحول التعبير عن DIO2 من T4 إلى T3 للإشارة Thrβ لقمع S والحث على مصير مخروط L / M.

تمشيا مع دور إشارات هرمون الغدة الدرقية المرتفعة في توليد مخاريط L / M لاحقًا في التطور ، التعبير عن ترانستيريتين (TTR) ، وهو بروتين حامل لهرمون الغدة الدرقية ، يزداد أثناء نمو العضويات والشبكية (الشكل 4 أ والتين. S3A) (23). على النقيض من ذلك ، فإن الألبومين (ALB) والجلوبيولين المرتبط بهرمون الغدة الدرقية (سيربينا 7) ، البروتينات الحاملة الأخرى لـ T3 و T4 ، لم يتم التعبير عنها في العضيات أو شبكية العين (الشكل 4C والشكل S3C) (23).

يتم نقل T3 و T4 إلى الخلايا عبر بروتينات نقل الغشاء (44). ناقلات T3 / T4 SLC7A5 و SLC7A8 زيادة في التعبير أثناء التمايز العضوي (الشكل 4 أ). بالإضافة إلى ذلك ، اثنان من ناقلات T3 / T4 ، SLC3A2 و SLC16A2، تم التعبير عنها بمستويات عالية ومتسقة في جميع أنحاء تطور العضويات (الشكل 4 ب). ناقلات T3 / T4 الأخرى (SLC16A10, SLCO1C1، و SLC5A5) في العضيات (الشكل 4 ج) ، مما يشير إلى تنظيم خاص بالأنسجة لامتصاص T3 / T4. لاحظنا أنماط تعبير مماثلة لناقلات T3 / T4 في شبكية العين البشرية (الشكل S3 ، A إلى C) (23).

قمنا بعد ذلك بفحص التعبير عن المنشطات النسخية والمثبطات التي تتوسط الاستجابة لهرمون الغدة الدرقية. بالتوافق مع ثلاثاء التعبير في المخاريط البشرية (45)، التعبير عن ثلاثاء في العضيات تزداد مع مرور الوقت حيث تم تحديد الخلايا المخروطية (الشكل 4 أ). التعبير عن مستقبل هرمون الغدة الدرقية α (Thrα) زادت بالمثل مع مرور الوقت (الشكل 4 أ). العوامل المساعدة لمستقبلات هرمون الغدة الدرقية ، و corepressor NCoR2 و coactivator ميد 1، تم التعبير عنها بمستويات ثابتة أثناء التمايز العضوي (الشكل 4 ب). لوحظت أنماط تعبير زمانية مماثلة في شبكية العين البشرية (الشكل S3 و A و B) (23). وبالتالي ، تشير بياناتنا إلى أن التعبير عن Thrβ والمنظمين النسخيين الآخرين يتيح الاستجابات التنظيمية للجينات لمستويات هرمون الغدة الدرقية التفاضلية.

يتحكم المسار المعقد في إنتاج هرمون الغدة الدرقية. يتم إنتاج الهرمون المطلق للثيروتروبين (TRH) عن طريق منطقة ما تحت المهاد والأنسجة العصبية الأخرى. TRH يحفز إفراز الهرمون المنبه للغدة الدرقية α (CGA) وهرمون تحفيز الغدة الدرقية β (TSHβ) من الغدة النخامية. يرتبط CGA و TSHβ بمستقبلات هرمون الغدة الدرقية (TSHR) في الغدة الدرقية. يتطلب إنتاج T3 و T4 ثيروجلوبولين (TG) ، والركيزة لتخليق T3 / T4 ، وبيروكسيداز الغدة الدرقية (TPO) ، وهو إنزيم يود بقايا التيروزين في TG (46). TRH تم التعبير عنها في عضويات وشبكية العين ، لكن اللاعبين الآخرين لم يكونوا كذلك (الشكل 4 ، A إلى C ، والشكل S3 ، A إلى C) (23, 47, 48) ، مما يشير إلى أن شبكية العين نفسها لا تفرز هرمون الغدة الدرقية بدلاً من ذلك ، فهي تعدل المستويات النسبية لـ T3 و T4 وتعبر عن TRH للإشارة إلى إنتاج هرمون الغدة الدرقية في الأنسجة الأخرى.

لذلك ، فإن التعبير الزمني لمنظمي إشارات هرمون الغدة الدرقية يدعم نموذجنا بأن شبكية العين تتحكم جوهريًا في مستويات T3 و T4 ، مما يضمن انخفاض هرمون الغدة الدرقية في وقت مبكر لتعزيز المصير S وارتفاع هرمون الغدة الدرقية الذي يشير في وقت متأخر لتحديد مصير L / M (الشكل 4 د) .

توفر الكائنات العضوية نظامًا قويًا لتحديد آليات التنمية البشرية. تولد الدراسات عن الكائنات الحية والدراسات الوبائية فرضيات مهمة حول البيولوجيا البشرية والتي غالبًا ما تكون مستعصية على الحل من الناحية التجريبية. يوضح هذا العمل أن العضيات تمكن من الاختبار المباشر للفرضيات في تطوير الأنسجة البشرية.

تحدد دراساتنا التنظيم الزمني لإشارات هرمون الغدة الدرقية كآلية تتحكم في مواصفات النوع الفرعي المخروطي في البشر. تمشيا مع النتائج التي توصلنا إليها ، فإن الأطفال الخدج الذين يعانون من انخفاض T3 / T4 لديهم زيادة في حدوث عيوب رؤية الألوان (4952). علاوة على ذلك ، فإن تحديدنا للآلية التي تولد نوعًا فرعيًا من المخروط أثناء قمع الآخر ، إلى جانب عمليات الزرع الناجحة ودمج المستقبلات الضوئية المشتقة من الخلايا الجذعية في الفئران (5356) ، يشير إلى أن الوعد بعلاجات الأمراض البشرية مثل عمى الألوان والتهاب الشبكية الصباغي والتنكس البقعي سوف يتحقق في المستقبل القريب.


يصمم العلماء "عين الكترونية" يمكن أن تساعد في يوم من الأيام المعاقين بصريًا

من اليسار ، نشر ستيفن باكوس ، الأستاذ المساعد في علم الأعصاب فيل هوي ، وعالم الأحياء الخلوي ألكسندر فانكوف ، والفيزيائي ، ودانيال بالانكر ، الأستاذ المساعد (البحث) في طب العيون ، تصميمهم لنظام الأطراف الاصطناعية في شبكية العين في 22 فبراير. مجلة الهندسة العصبية.

تعاون الفيزيائيون وأطباء العيون في جامعة ستانفورد لتصميم "عين إلكترونية" من نوع ما.

في 22 فبراير في مجلة الهندسة العصبية نشر دانيال بالانكر وألكسندر فانكوف وفيل هوي من قسم طب العيون ومختبر هانسن للفيزياء التجريبية وستيفن باكوس من قسم علم الأعصاب تصميمًا لنظام بصري إلكتروني بديل للشبكية يمكنه تحفيز الشبكية بدقة تتوافق مع حدة بصرية تبلغ 20 / 80 & # 8212sharp بما يكفي لتوجيه نفسك نحو الأشياء ، والتعرف على الوجوه ، وقراءة الخطوط الكبيرة ، ومشاهدة التلفزيون ، وربما الأهم من ذلك ، أن تعيش حياة مستقلة. يأمل الباحثون أن يجلب جهازهم في يوم من الأيام رؤية صناعية للمكفوفين بسبب تنكس الشبكية. إنهم يختبرون نظامهم على الفئران ، لكن التجارب البشرية ما زالت على بعد ثلاث سنوات على الأقل.

قال بالانكر ، الفيزيائي الذي كان تعيينه الأساسي في قسم طب العيون ، "هذا بحث أساسي". "إنه جوهر Bio-X" ، كما قال ، مشيرًا إلى مبادرة ستانفورد متعددة التخصصات لتسريع البحث الطبي الحيوي من فوق السرير إلى السرير.

يتم تمويل المشروع جزئيًا من قبل القوات الجوية الأمريكية وشركة VISX ، التي رخصت التكنولوجيا من خلال مكتب ترخيص التكنولوجيا في ستانفورد. كان هارفي فيشمان ، الذي لم يكن مؤلفًا للورقة البحثية الحالية ولكنه يدير مختبر هندسة الأنسجة العينية في ستانفورد ، رائداً في المشروع.

تؤدي أمراض الشبكية التنكسية إلى موت المستقبلات الضوئية والخلايا على شكل قضيب في محيط الشبكية المسؤولة عن الرؤية الليلية والخلايا المخروطية الشكل في مركزها المسؤولة عن رؤية الألوان. في جميع أنحاء العالم ، يعاني 1.5 مليون شخص من التهاب الشبكية الصباغي (RP) ، وهو السبب الرئيسي للعمى الوراثي. في العالم الغربي ، يعد الضمور البقعي المرتبط بالعمر (AMD) السبب الرئيسي لفقدان البصر لدى الأشخاص فوق سن 65 عامًا ، وقد أصبحت المشكلة أكثر أهمية مع تقدم العمر. في كل عام ، يتم تشخيص 700000 شخص بمرض AMD ، مع 10 بالمائة مصابين بالعمى القانوني ، كما هو محدد بواسطة 20/400 رؤية. يحتفظ العديد من مرضى AMD بدرجة معينة من الرؤية المحيطية.

يقول الباحثون في ورقتهم البحثية: "في الوقت الحالي ، لا يوجد علاج فعال لمعظم مرضى AMD و RP". "ومع ذلك ، إذا كان بإمكان المرء تجاوز المستقبلات الضوئية وتحفيز الشبكية الداخلية مباشرة بإشارات بصرية ، فقد يكون المرء قادرًا على استعادة درجة معينة من البصر."

تحقيقا لهذه الغاية ، يخطط الباحثون لتحفيز الطبقة الموجودة أسفل المستقبلات الضوئية الميتة مباشرة باستخدام نظام يشبه ابن عم المهندس الكفيف ذو التقنية العالية الملازم جوردي لا فورج. ستار تريك: الجيل القادم. وهي تتألف من كاميرا فيديو صغيرة مثبتة على نظارات شفافة من طراز "الواقع الافتراضي". يوجد أيضًا معالج كمبيوتر بحجم المحفظة وبطارية تعمل بالطاقة الشمسية مزروعة في القزحية وشريحة استشعار للضوء مزروعة في شبكية العين.

الرقاقة بحجم نصف حبة أرز & # 82123 ملم & # 8212 وتسمح للمستخدمين بإدراك 10 درجات من المجال البصري في المرة الواحدة. إنه مستطيل مسطح من البلاستيك (في النهاية سيتم تطوير نسخة من السيليكون) مع قص إحدى الزوايا لخلق عدم تناسق حتى يتمكن الجراحون من توجيهه بشكل صحيح أثناء الزرع. يتضمن أحد التصميمات بستانًا من الأعمدة: جانب واحد من كل عمود عبارة عن بكسل مستشعر للضوء والجانب الآخر عبارة عن قطب كهربائي محفز للخلايا. تحدد كثافة العمود دقة الصورة أو حدة البصر. شريط البستان عبر الثلث العلوي من الرقاقة مزروع بكثافة. الشريط في المنتصف كثيف إلى حد ما ، والشريط الموجود في الأسفل أقل كثافة. تؤدي الأقطاب الكهربائية الكثيفة إلى دقة أفضل للصورة ولكنها قد تمنع الهجرة المرغوبة لخلايا الشبكية إلى فراغات بالقرب من الأقطاب الكهربائية ، وبالتالي فإن كثافات الأقطاب الكهربائية المختلفة لتصميم الرقاقة الحالية تسمح للباحثين باستكشاف المعلمات والتوصل إلى شريحة تعمل على النحو الأمثل. تصميم آخر & # 8212 pore الأقطاب الكهربائية & # 8212 يشتمل على مجموعة من التجاويف مع أقطاب كهربائية محفزة موجودة داخل كل منها.

كيف يعمل النظام عند مشاهدة زهرة مثلاً؟ أولاً ، يدخل ضوء الزهرة إلى كاميرا الفيديو. (ضع في اعتبارك أن تقنية الكاميرا جيدة بالفعل في ضبط التباين وأنواع أخرى من تحسين الصورة.) ثم ترسل كاميرا الفيديو صورة الزهرة إلى الكمبيوتر بحجم المحفظة للمعالجة المعقدة. ثم يرسل المعالج صورته للزهرة لاسلكيًا إلى شاشة LED-LCD تعمل بالأشعة تحت الحمراء مثبتة على النظارات الواقية. تعكس النظارات الواقية الشفافة صورة الأشعة تحت الحمراء في العين وعلى شريحة الشبكية. مثلما لا يستطيع الشخص ذو الرؤية العادية رؤية إشارة الأشعة تحت الحمراء القادمة من جهاز التحكم عن بعد في التلفزيون ، فإن صورة زهرة الأشعة تحت الحمراء هذه غير مرئية أيضًا للمستقبلات الضوئية العادية. ولكن بالنسبة لأولئك الذين يزرعون في شبكية العين الرياضية ، تحفز زهرة الأشعة تحت الحمراء كهربائياً مجموعة الغرسة من الصمامات الضوئية. النتيجة؟ قد لا يضطرون إلى الاكتفاء فقط رائحة الأزهار.

المعالجة المعقدة: العيون تمتلكهاالعين آلة معقدة. لديها أكثر من 100 مليون مستقبلات ضوئية. قال بالانكر خلال مقابلة في مختبر هانسن للفيزياء التجريبية: "إذا قارناها بالكاميرات الرقمية الحديثة ، على سبيل المثال ، فستكون 100 ميغا بكسل". "نشتري كاميرات عادة بثلاثة ميغا بكسل ، ربما أربعة."

وإذا قامت الكاميرات الإلكترونية بعمل جيد في معالجة الصور ، فإن العين تقوم بعمل مذهل ، حيث تقوم بضغط المعلومات قبل إرسالها إلى الدماغ عبر المليون محور عصبي الذي يتكون منه العصب البصري. قال بالانكر: "لدينا معالج مدمج في العين". "قبل أن تذهب إلى الدماغ ، تتم معالجة الصورة بشكل كبير."

الطبقة السفلية من المستقبلات الضوئية هي المكان الذي توجد فيه صبغة بروتين رودوبسين & # 8212a التي تحول الضوء إلى إشارة كهربائية & # 8212. ولكن فيما يتعلق بمعالجة الإشارات ، يلتقي المطاط بالطريق الذي تدخل فيه الإشارة إلى الطبقة النووية الداخلية ، المليئة بالخلايا ثنائية القطبية والأماكرين والأفقية. تعالج أحصنة العمل الخلوية الثلاثة هذه الإشارات وتنقلها إلى طبقة الخلايا العقدية ، أو "سلسلة الإخراج" من الأعصاب التي تنقل نبضات الإشارة إلى الدماغ.

قال بالانكر إنه من الأفضل وضع الغرسة في أقرب مستوى يمكن الوصول إليه من معالجة الصور. "أقرب [مستوى يمكن الوصول إليه] في الشبكية المتدهورة هو في الطبقة النووية ، وكلما تقدمت على طول سلسلة معالجة الصور ، أصبحت الإشارات أكثر تعقيدًا."

يحاول باحثو جامعة ستانفورد الاستفادة من معظم قوة المعالجة المتبقية في شبكية العين بعد تنكس الشبكية عن طريق وضع غرسة على جانب الشبكية التي تواجه الجزء الداخلي من العين (وضع "تحت الشبكية") ، على عكس العديد من المجموعات الأخرى في الولايات المتحدة. دول وألمانيا واليابان التي تضع غرسات شبكية على جانب الشبكية المواجه لمقلة العين (وضع "فوق الشبكية").

تسمح معالجة الإشارات للعين باكتشاف اتجاه الحركة وإدراك الألوان وتعزيز التباين والتكيف مع مستويات السطوع المختلفة. قال بالانكر: "إن أعيننا آلة قابلة للتعديل بشكل مذهل". وقال إنه يعمل في مستويات سطوع تمتد ثماني مرات من حيث الحجم ، مما يعني أنه يمكنه اكتشاف كلاً من الأجسام الخافتة والأكثر سطوعًا بمئة مليون مرة ، "من الليل غير المقمر إلى النهار الساطع".

قد يبدو من غير المنطقي أنه عندما تتم معالجتها بواسطة النظام البصري ، تنتقل الإشارة من الجزء الخلفي من العين باتجاه باطن العين ، بدلاً من السطح الداخلي للشبكية وخارجها. لكن المستقبلات الضوئية النشطة الأيضية تحتاج إلى الكثير من الدعم. وهي متصلة بطبقة شديدة التصبغ تسمى ظهارة الشبكية الصبغية (RPE) التي تنمو فوق طبقة عالية من الأوعية الدموية (المشيمية) تحمل تدفقًا كثيفًا من الدم. إذا كان الدم و RPE داخل العين ، فإنهما يحجبان الضوء من الخلايا الحساسة للضوء. أوضح Palanker: "هذا هو السبب في أنها مبنية رأسًا على عقب ، لأن تلك الخلايا الموجودة أعلى & # 8212 ثنائية الأضلاع والعقدة & # 8212 لا تتطلب الكثير من العناصر الغذائية والدعم الأيضي كما تفعل المستقبلات الضوئية."

جانب مهم من الإدراك البصري هو حركة العين. قال بالانكر إن نظام ستانفورد يوفر ميزة قوية على المزيد من الأجهزة الأساسية التي يتم اختبارها الآن على البشر من قبل شركة أمريكية لأنه إلى جانب الاستفادة القصوى من نقاط قوة معالجة الصور الطبيعية للعين عن طريق وضع الغرسات تحت الشبكية ، يتتبع النظام حركات العين المتقطعة السريعة المطلوبة لإدراك الصورة الطبيعية. قام الفيزيائي فانكوف بتصميم نظام الإسقاط والتتبع.

قال بالانكر: "في الواقع ، عندما تعتقد أنك تركز على نقطة معينة ، فإن عينيك ليستا ثابتتين". "أنت تقوم بالمسح الدقيق لها طوال الوقت. لذلك إذا كنت ستعرض صورة ليس من خلال العين ، ولكن فقط قم بتسليمها من الكاميرا إلى الغرسة ، متجاوزًا العين المتحركة ، فلن يكون هذا تصورًا طبيعيًا لأنك ستزيل هذا تمامًا حلقة الوصل."

ألون آشر ، طالب دراسات عليا في علوم الكمبيوتر في جامعة تل أبيب ، أمضى فصلًا دراسيًا في العمل مع Palanker على البرنامج الذي يربط معالجة الصور باكتشاف الحركة. وهو الآن يواصل عمله في المشروع من إسرائيل. يقوم الأستاذ المساعد في علم الأعصاب ستيفن باكوس ، وهو مؤلف مشارك في البحث وخبير في معالجة إشارات شبكية العين ، بتقديم المشورة للمجموعة حول تفاصيل معالجة الصور.

في نظام ستانفورد ، يحدث تضخيم الصورة والمعالجة الأخرى في الأجهزة خارج العين. إذا حدث التضخيم داخل بكسلات الغرسة ، كما هو الحال في تصميم ألماني واحد ، فلن يكون هناك مجال لإجراء الجراحة لإجراء التعديلات.

يستخدم نظام ستانفورد أيضًا خدعة قديمة جديدة. من خلال محاذاة الصور الحقيقية والمحسّنة ، يسمح للمرضى باستخدام أي رؤية محيطية متبقية مع تحقيق أقصى استفادة من الغرسة. قال بالانكر إن أنظمة الواقع الافتراضي التي تسمح بالمحاذاة المشتركة لوجهات النظر الحقيقية والمحاكاة مستخدمة بالفعل من قبل الطيارين والجراحين. "تسمح هذه المحاذاة المشتركة للمعلومات الإضافية مع العرض العادي للجراحين برؤية موقع العملية في المجهر ، بينما تحصل العين الأخرى على إسقاط ، على سبيل المثال ، صورة مقطعية أو تصوير بالرنين المغناطيسي للمريض نفسه. لذا يمكنهم ربط المعلومات التي لا يرونها في موقع التشغيل للنتائج التشريحية ويعرفون بالضبط مكان الورم أو أي مشكلة أخرى ".

النعمة المذهلة للفيزياءيجيب التصميم الجديد على أسئلة رئيسية حول ما هو ممكن للأجهزة الإلكترونية. يفرض علم الأحياء قيودًا ، مثل الحاجة إلى نظام لا يقوم بتسخين الخلايا بأكثر من 1 درجة مئوية وللواجهات الكهروكيميائية غير المسببة للتآكل.

توفر غرسات الشبكية الحالية دقة منخفضة للغاية & # 8212 فقط بضع بكسلات. ولكن سيتطلب الأمر عدة آلاف من وحدات البكسل لاستعادة الرؤية الوظيفية. يستخدم تصميم ستانفورد كثافة بكسل تصل إلى 2500 بكسل لكل مليمتر ، بما يتوافق مع حدة بصرية تبلغ 20/80 ، والتي يمكن أن توفر رؤية وظيفية لقراءة الكتب واستخدام الكمبيوتر.

من المرجح أن تجعل القيود المادية المتعلقة بالتحفيز الكهربائي من المستحيل على الغرسات نقل حدة بصرية تبلغ 20/10 (الحدة المطلوبة لرؤية النتيجة النهائية على مخطط العين) ، 20/20 (ما يسمى بمعيار الرؤية الجيدة) أو حتى 20/40 (المستوى الذي يجب أن تكون الرؤية فيه قابلة للتصحيح حتى تكون مؤهلاً للحصول على رخصة قيادة كاليفورنيا).

عامل محدد رئيسي في تحقيق الدقة العالية يتعلق بقرب الأقطاب الكهربائية من الخلايا المستهدفة. تتوافق كثافة البكسل البالغة 2500 بكسل لكل مليمتر مربع مع حجم بكسل يبلغ 20 ميكرومتر فقط. ولكن من أجل التحفيز الفعال ، يجب ألا تكون الخلية المستهدفة أكثر من 10 ميكرومتر من القطب. قال بالانكر إنه من المستحيل عمليا وضع آلاف الأقطاب الكهربائية بالقرب من الخلايا. مع الغرسات تحت الشبكية ولكن ليس فوق الشبكية ، اكتشف باحثو ستانفورد ظاهرة & # 8212 هجرة الشبكية & # 8212 التي يعتمدون عليها الآن لتشجيع خلايا الشبكية على التحرك بالقرب من الأقطاب الكهربائية & # 8212 في غضون 7 إلى 10 ميكرون. في غضون ثلاثة أيام ، تهاجر الخلايا لملء الفراغات بين الأعمدة والمسام.

قال بالانكر: "إذا لم يأتِ الجبل إلى محمد ، يذهب محمد إلى الجبل". "لا يمكننا وضع أقطاب كهربائية قريبة من الخلايا. نحن في الواقع ندعو الخلايا للمجيء إلى موقع القطب ، وهي تفعل ذلك بسعادة وبسرعة كبيرة."

يقوم الباحثون حاليًا باختبار تصميمين بالتوازي لأنهم لم يتأكدوا بعد أيهما سيكون الأفضل. يستخدم أحد التصميمات أقطابًا كهربائية تبرز من الرقاقة مثل الأعمدة. تسمح الأعمدة لخلايا الشبكية بوصول أكبر إلى العناصر الغذائية وتسمح للباحثين بالتأثير على طبقات خلايا معينة من خلال التحكم في ارتفاع الأعمدة. لكن الأعمدة تعرض المزيد من الخلايا للتيار ، مما قد يؤدي إلى تسخين الأنسجة وزيادة فرصة "الحديث المتبادل" & # 8212 حيث تؤثر العديد من الأقطاب الكهربائية على خلية واحدة. يحتوي التصميم الثاني على أقطاب كهربائية غارقة في المسام ، مما يحدد التيارات ويجعل التحفيز انتقائيًا ، وربما يسمح للباحثين بتحفيز الخلايا المفردة.

Huie ، عالم أحياء الخلايا وأخصائي الأنسجة ، يزرع الرقائق في الفئران باستخدام أداة فريدة طورها هو وآخرون. حتى الآن ، تظهر دراساته قصيرة المدى على الجرذان عدم رفض الغرسات. ستكون الخطوة التالية هي إجراء اختبارات أطول على الفئران ، بالإضافة إلى اختبارات على الحيوانات الأكبر حجمًا حيث توجد نماذج من ضمور الشبكية. يقوم الباحثون حاليًا بشحن الرقائق إلى جوزيف ريزو ، أستاذ طب العيون في كلية الطب بجامعة هارفارد ، لزرعها في الخنازير.

يقدم البروفيسور مارك بلومنكرانز ، رئيس قسم طب العيون ، المشورة للمؤلفين حول المسائل الجراحية ، ويقدم البروفيسور مايكل مارمور في هذا القسم ، وهو خبير في فسيولوجيا الشبكية ، المشورة حول الفيزيولوجيا الكهربية للشبكية. يعمل طلاب الدراسات العليا Ke Wang في الفيزياء التطبيقية و Neville Mehenti في الهندسة الكيميائية حاليًا مع Fishman من مختبر Stanford Ophthalmic Tissue Engineering على أقطاب الكربون النانوية والتحفيز الكيميائي لخلايا الشبكية. يواصل طالب الطب إيان تشان تطوير تقنية تصنيع الطباعة الحجرية للزرعات. أليكس باترويك ، طالب دراسات عليا في الفيزياء التطبيقية ، يدرس آليات الضرر الخلوي والحدود الآمنة للتحفيز الكهربائي.


رؤية جديدة للعلاجات الجينية التي تقدمها AAV

(بوسطن) - في السنوات الأخيرة ، تم التعرف على الفيروس المرتبط بالغدة (AAV) باعتباره الوسيلة الرائدة (الناقل) لـ في الجسم الحي توصيل الجينات العلاجية لأنها غير مسببة للأمراض وتستهدف بكفاءة العديد من أنواع الخلايا والأنسجة المختلفة. إن موافقات إدارة الأدوية الفيدرالية (FDA) الأخيرة على علاجات استبدال الجينات المستندة إلى AAV لعلاج ضمور العضلات الشوكي وشكل من أشكال ضمور الشبكية الموروث يسلط الضوء على الوعد بهذه الطريقة العلاجية.

التحدي الرئيسي في الجسم الحي العلاجات الجينية هي قدرتها على إحداث تفاعلات مناعية والتهابات ، والتي يمكن أن تؤثر على مدى نجاح العلاجات أو استمرارها ، وفي حالات نادرة يمكن أن تكون مهددة للحياة. أظهرت الوفيات التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا لثلاثة أطفال تلقوا جرعة عالية من العلاج الجيني AAV بشكل منتظم في تجربة لعلاج اعتلال عضلي أنبوبي مرتبط بالكروموسوم X بشكل كبير أن السمية الناتجة عن AAV والاستجابات المناعية غير مفهومة تمامًا وأن نواقل توصيل AAV الحالية لا تزال بحاجة لمزيد من التحسين.

يمكن أن يعمل كل من قفيصة AAV والجينوم كمكونات مناعية. على وجه التحديد ، يمكن لجينوم النواقل ، الذي يشمل الجين العلاجي ، تنشيط بروتين يعرف باسم المستقبل الشبيه بـ Toll-like 9 (TLR9) ، وهو ما يسمى بمستقبل التعرف على الأنماط الذي يستشعر الحمض النووي الغريب في الخلايا المناعية المتخصصة. يؤدي هذا الاستشعار أولاً إلى استجابة مناعية تؤدي إلى التهاب (مناعة فطرية) ، وبالتالي استجابات مناعية أكثر تحديدًا (مناعة تكيفية ، في شكل خلايا تائية سامة للخلايا) ضد قفيصة AAV ، مما يمنع العلاج من التأثير ويشكل خطرًا محتملاً .

الآن ، قام تعاون دولي بين مجموعات رائدة في العلاج الجيني وعلوم الرؤية ، بما في ذلك مجموعة جورج تشيرش في معهد ويس للهندسة المستوحاة بيولوجيًا بجامعة هارفارد وكلية الطب بجامعة هارفارد (HMS) ومجموعة كونستانس سيبكو في HMS ، بتطوير إستراتيجية "تعديل مناعي مقترن" حيث يتم دمج التسلسلات المثبطة للمستقبل TLR9 مباشرة في جينوم AAV الأطول والذي يحتوي على تسلسلات DNA علاجية. تم التحقيق في أنسجة مختلفة من الفئران ، وكذلك أنسجة عين الخنازير والرئيسيات غير البشرية ، وأظهر النهج إمكانات واسعة لمكافحة المناعة. الأهم من ذلك ، أن الدراسة تسلط الضوء أيضًا على أن المسارات الأخرى غير تنشيط TLR9 من المحتمل أن تساهم في الالتهاب في النموذج عالي المناعة لحقن AAV داخل الجسم الزجاجي في قرود المكاك. تم نشر العمل في علوم الطب الانتقالي.

هذه المقارنة بين اللطخات النسيجية لأنسجة الكبد التي تم الحصول عليها من الفئران التي لم يتم علاجها باستخدام ناقل AAV (على اليسار) ، أو تمت معالجتها بنقل AAV غير معدل يتوقع أن يكون مناعيًا (وسطًا) ، أو تمت معالجته بنقل AAV مشابه ولكن تم تصميم جينومه ليحتوي تسلسل مثبط TLR9 قصير (يمين) ، يوضح أن إستراتيجية الفريق "تعديل المناعة المزدوجة" تمنع تسلل الخلايا المناعية (الخلايا الضامة البنية في اللوحة الوسطى) إلى أنسجة الكبد ، وهو مؤشر على وجود التهاب. الائتمان: معهد Wyss في جامعة هارفارد

بدأ المشروع في مجموعة جورج تشيرش في معهد Wyss و HMS. تشيرش ، دكتوراه ، هي عضو هيئة تدريس أساسي في معهد Wyss وتقود منصة علم الأحياء الاصطناعية التابعة للمعهد. وهو أيضًا أستاذ علم الوراثة في كلية الطب بجامعة هارفارد والعلوم الصحية والتكنولوجيا في هارفارد ومعاهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).

إخفاء AAV باستخدام التحوير المناعي المزدوج

"لقد افترضنا أن المقتطفات الصغيرة من الحمض النووي التي تربط وتثبط تنشيط TLR9 ، بما في ذلك تسلسل الحمض النووي من نهايات الكروموسومات البشرية التي تسمى التيلوميرات ، ستكون وسيلة لإخفاء جينوم AAV من آلية المراقبة المناعية هذه عندما يتم دمجها مباشرة فيها ،" المؤلف الأول والمؤلف المشارك يينغ كاي تشان ، دكتوراه ، سابقًا زميل ما بعد الدكتوراه يعمل مع الكنيسة وكبير المسؤولين العلميين في Ally Therapeutics ، وهو حاليًا باحث زائر في Wyss. تشان وتشرش من مؤسسي شركة Wyss الناشئة للعلاج الجيني Ally Therapeutics.

بدأ الفريق بتوليد سلسلة من متواليات حمض النيكليوتيد المانع للالتهاب (IO) الاصطناعية للحمض النووي والتي تحمل كل منها جزءًا شديد الالتهاب مرتبطًا بأحد التسلسلات المثبطة للمستقبل TLR9 ، واختبر تأثيرها على الخلايا المستنبتة. أدى وجود التسلسلات المثبطة للمستقبل TLR9 إلى إضعاف الاستجابة الالتهابية بنسبة تصل إلى 95٪. عندما تم دمجها مباشرة كسلسلة ترادفية في ناقل AAV ، خمدت IOs الاستجابات المناعية الفطرية في الخلايا المناعية البشرية الأولية مقارنة بالناقل غير المعدل.

كل طريقة علاجية جديدة تحقق نجاحًا أوليًا في العيادة يجب أن تتعامل مع القضايا الناشئة قبل أن يتم نشرها على نطاق واسع ، والعلاج الجيني AAV ليس استثناءً. يمثل عملنا خطوة مهمة في تطوير الجيل التالي من ناقلات AAV التي تكون أكثر أمانًا وفعالية.

لاختبار الاستراتيجية في AAV في الجسم الحي، قام الباحثون بإعطاء AAVs كعلاج منهجي أو محليًا في الأنسجة العضلية للفئران. الفيروسات المكافحة التي تفتقر إلى تسلسل IO تسبب في استجابات مضاد للفيروسات وتسلل الخلايا المناعية الفطرية في الحيوانات والكبد # 8217 ، وأدت إلى تسلل وتنشيط الخلايا التائية السامة للخلايا في الأنسجة العضلية. كانت هذه التأثيرات غائبة في الفئران الطافرة التي تفتقر إلى مسار TLR9 وظيفي ، مما يدل على أن TLR9 كان بالفعل منظمًا رئيسيًا للالتهاب الناجم عن AAV. الأهم من ذلك ، تم حظر التأثيرات أو تقليلها كثيرًا في الفئران التي تلقت AAVs المصممة هندسيًا والتي تحتوي على تسلسلات IO في جينوماتها ، وعززت استراتيجية التعديل المناعي المقترنة التعبير عن الجينات المحورة التي قدمها الفيروس ، مما يدل على فعالية أعلى محتملة.

التحقيق في التحوير المناعي المزدوج في العين

غالبًا ما توصف العين بأنها موقع ذو امتياز مناعي بسبب وجود حاجز دموي في شبكية العين يحد من دخول الخلايا المناعية والعوامل المثبطة للمناعة. ومع ذلك ، فقد أبلغت العديد من التجارب السريرية عن وجود التهاب داخل العين بعد إعطاء جرعات علاجية ذات صلة من AAV في العين ، مما يدل على وجود حد للامتياز المناعي. يتم تطبيق معظم العلاجات الجينية القائمة على AAV في العين مباشرة على الشبكية (الحقن تحت الشبكية). إن توصيل AAV إلى التجويف الزجاجي (الحقن داخل الجسم الزجاجي) للعين أمر مرغوب فيه للغاية لأنه سيكون أقل توغلاً ويمكن أن يسمح باستهداف المزيد من الخلايا ، ولكنه للأسف شديد الالتهاب.

سمحت AAVs ذات التسلسلات المثبطة لـ TLR9 المدمجة في جينوماتها بتعبير أعلى بشكل ملحوظ عن جين مراسل الفلورسنت المرتبط في شبكية الماوس (يمين) من AAVs التي كانت تفتقر إلى التسلسلات (يسار) بعد الإعطاء داخل الجسم الزجاجي. الائتمان: ديفيد كوبلاند / جامعة بريستول ، المملكة المتحدة

استخدام في الجسم الحي التصوير وتقنيات توصيف الخلايا المناعية بعد الحقن داخل الجسم الزجاجي لفيروس AAV في الفئران ، أظهر الفريق أن دمج تسلسلات IO في جينوم الفيروس قلل من الالتهاب وأعداد الخلايا التائية المتسللة في العين مقارنةً بـ AAVs غير المعدلة. تزامن هذا أيضًا مع زيادة متعددة الجوانب في التعبير عن الجين المراسل المشفر بالناقل في شبكية العين.

بعد ذلك ، درس الفريق إستراتيجية التعديل المناعي المزدوج في نماذج حيوانية كبيرة ، أولاً في الخنازير عبر الحقن تحت الشبكية ، ثم في قرود المكاك عبر الحقن داخل الجسم الزجاجي. قال شون وانج ، دكتوراه في الطب ، الذي تعاون مع تشان كطالب طب في مجموعة Cepko: "لقد وجدنا أن الاستراتيجية حسنت الأمراض المتميزة الناتجة عن فيروسات AAV في الخنازير ، بما في ذلك تقصير الخلايا المستقبلة للضوء الضرورية للرؤية الشديدة". ووجدوا أيضًا أن تسلل الخلايا المناعية ، بما في ذلك الخلايا الدبقية الصغيرة والخلايا التائية ، إلى طبقة المستقبلات الضوئية في شبكية العين ، يتم عكسه بشكل كبير.

"في قرود المكاك التي تم تصميمها والتحكم بها AAVs عبر الحقن داخل الجسم الزجاجي ، هذه التأثيرات المثبطة للمناعة لسوء الحظ لم تكن واضحة على الرغم من أننا رأينا أن نهج التعديل المناعي أدى إلى تأخير أعراض التهاب القزحية الإكلينيكي الناجم عن فيروس التحكم ، وسمح بزيادة مضاعفة في التعبير عن الجين العلاجي "، قال وانغ. أيضًا ، لم يكن استخدام التثبيط المناعي الجهازي الوقائي قادرًا على منع التهاب القزحية المرصود ، مما يدل على أن تحديات المناعة لهذا الطريق أكثر تعقيدًا.

أظهر تحليل شبكية عين الخنازير التي تتلقى الحقن تحت الشبكية إما ناقل AAV غير معدل (يسار) أو ناقل AAV مصمم مع تسلسل مثبط TLR9 في جينومه (يمين) ، أن الأخير تجنب تقصير الأجزاء الخارجية من المستقبلات الضوئية المخروطية (بارز على أعلى في الصور العلوية) المسؤولة عن الرؤية العالية ، ومنعت تسلل الخلايا الدبقية الصغيرة المنشطة إلى المستقبلات الضوئية (الخلايا الدبقية الصغيرة البيضاء في طبقة المستقبلات الضوئية الخضراء في الصور السفلية). الائتمان: Sean Wang / HMS Genetics Department and Blavatnik Institute

"تشير نتائج السمية داخل الجسم الزجاجي التي يسببها AAV ، والاستجابة المتواضعة لتسلسل حجب TLR9 والستيرويدات ، إلى أن هناك أكثر من آلية تؤدي إلى سمية من موقع الحقن هذا. قال سيبكو ، دكتوراه ، أستاذ علم الوراثة وعلم الأعصاب في معهد بلافاتنيك في HMS ، ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي وعضو في معهد هارفارد الخلايا الجذعية.

"كل طريقة علاجية جديدة تحقق نجاحًا أوليًا في العيادة يجب أن تتعامل مع القضايا الناشئة قبل أن يتم نشرها على نطاق واسع ، والعلاج الجيني AAV ليس استثناءً. قال تشان إن عملنا يمثل خطوة حاسمة في تطوير الجيل التالي من ناقلات AAV التي تكون أكثر أمانًا وفعالية.

قال المدير المؤسس Wyss: "هذا التعاون المهم الذي بدأه Wyss بين كبار الخبراء في البيولوجيا التركيبية وعلوم الرؤية والعلاج الجيني يفتح اتجاهًا جديدًا في هندسة AAV يمكن أن يساعد في النهاية في جعل العلاجات الجينية أكثر أمانًا وفعالية من خلال هندسة الجينوم الفيروسي المستهدفة" دونالد إنجبر ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، وهو أيضًا يهودا فولكمان أستاذ بيولوجيا الأوعية الدموية في كلية الطب بجامعة هارفارد ومستشفى بوسطن للأطفال ، وأستاذ الهندسة الحيوية في كلية هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية.

المؤلفون الرئيسيون الآخرون الذين قدموا مساهمات رئيسية في الدراسة هم أندرو ديك من جامعة بريستول ، المملكة المتحدة فيديريكو مينجوزي ، في جامعة السوربون ، باريس ، وجينيثون مورين ماكول وهنري كابلان في جامعة لويزفيل ، KY جوانغبينغ جاو في كلية الطب بجامعة ماساتشوستس و Worcester و MA والمتعاونين الإضافيين وأعضاء مجموعات المؤلفين المذكورة أعلاه ومعهد Wyss ، بما في ذلك كولين تشو ، وديفيد كوبلاند ، وألكسندر ليتيزيا ، وهيلينا كوستا فيديرا ، وجيسيكا شيانغ ، وماهر سيثي ، وماي وانغ ، وويليام نيدرماير جونيور ، وينغلونغ تشان ، إيلين ليم ، أماندا جرافلين ، ميليندا سانشيز ، رايان بويد ، توماس فيهيليك ، رولاندو جيان كارلو إنسيونج ، جاريد سلين ، بريسيلا ألفونس ، يونلو شيوي ، ليندسي آر روبنسون-مكارثي ، جيني تام ، مها جبار ، بوباناناندا ساهو ، جانيل أدينيران ، فيليب تاي ، جون إكسي ، تايلر كراوس ، أندينا فيرنت ، ماثيو بيزوني ، رو شياو ، تينا ليو ، ووي وانغ.تم تمويل الدراسة من قبل معهد Wyss للهندسة المستوحاة بيولوجيًا في جامعة هارفارد ، والمعاهد الوطنية للصحة بموجب المنحة # RM1 HG008525 و EY026158 ، ومجلس البحوث الأوروبي بموجب المنحة # 617432 ، المركز الوطني لأبحاث العيون ، المملكة المتحدة ، The Underwood Trust ، و Ally Therapeutics .


إصلاح أو استبدال العصب البصري: آفاق جديدة في أبحاث تكنولوجيا الرؤية

في عدد سبتمبر 2013 من AccessWorld، قمنا بوصف أربعة تطورات رائدة في تحسين الرؤية الضعيفة ، بما في ذلك التلسكوب المصغر القابل للزرع من VisionCare Ophthalmic Technologies ، و Argus II Retinal Prosthesis من Second Sight. أولها عدسة تلسكوبية بحجم حبة البازلاء تزيد من الرؤية الصالحة للأفراد الذين فقدوا الرؤية المركزية بسبب بداية التنكس البقعي المرتبط بالعمر في نهاية المرحلة. يستهدف Argus II الأشخاص المصابين بالتهاب الشبكية الصباغي في المرحلة المتأخرة (RP). يستخدم Argus II إشارة لاسلكية لتحفيز العصب البصري مباشرة عبر مجموعة مزروعة من الأقطاب الكهربائية ، متجاوزًا العصي والمخاريط التي تضررت من RP.

على الرغم من أن هذه الحلول رائعة ، إلا أن لديهم حجر عثرة مشترك واحد: يفترض كل منهم أن المتلقي يمتلك عصبًا بصريًا فعالاً يمكنه نقل الإشارات البصرية بشكل كافٍ إلى الدماغ للمعالجة. ولكن ماذا لو تضرر العصب البصري بسبب الجلوكوما أو التصلب المتعدد أو الصدمة؟ هل توجد طريقة ما لإصلاح هذه الألياف العصبية الأكثر تعقيدًا وهشاشة؟ أو الأفضل ، تجاوزهم تمامًا؟

سنصف في هذه المقالة إنجازين بحثيين حديثين - أحدهما يُظهر إمكانية المساعدة في تجديد الأعصاب البصرية التالفة ، والثاني ، نظام يسمى Gennaris ، قد ينتج عنه رؤية بدون العصب البصري ، أو حتى العين نفسها.

تجديد العصب البصري

يعد العصب البصري من أهم الأعصاب في الجسم ، ويحتل المرتبة الثانية بعد النخاع الشوكي (يحتوي الحبل الشوكي على الآلاف من خيوط العصب بينما يحتوي العصب البصري على واحد فقط). قبل خمسة عشر عامًا عندما قام Zhigang He ، أستاذ علم الأعصاب في مستشفى بوسطن للأطفال F.M. أنشأ مركز كيربي لبيولوجيا الأعصاب مختبرًا للتحقيق في طرق تجديد الألياف العصبية لدى الأشخاص المصابين بإصابات في النخاع الشوكي ، وقرر أن أفضل مكان للبدء هو محاولة التجديد العصبي في الأعصاب البصرية التالفة كبديل.

حاول آخرون تجديد أو إصلاح العصب البصري. المحاولات الأولى قامت بتقسيم أجزاء من العصب الوركي لتحل محل العصب البصري التالف. معظم المحاور لم ينمو. منذ حوالي ثماني سنوات ، حاولت مجموعة الدكتور هي استئصال الجينات لحذف أو منع الجينات المثبطة للورم. أدى هذا إلى بعض تجديد العصب البصري ، لكنه زاد أيضًا من مخاطر الإصابة بالسرطان. وجد عملهم الأخير مع الدكتور جوشوا سانز في جامعة هارفارد إستراتيجية العلاج الجيني لتعزيز أنشطة عامل النمو ، والتي يمكن أن تحاكي تأثيرات التجديد التي يسببها حذف مثبط الورم. ومع ذلك ، كان عدد المحاور التي تم تجديدها بواسطة هذه الأساليب محدودًا.

قام هو وباحثه الأول ، ميشيلا فاجيوليني ، الأستاذ المساعد في طب الأعصاب بمستشفى بوسطن للأطفال ، باتخاذ العلاج الجيني خطوة إلى الأمام. استخدموا فيروسًا للعلاج الجيني يسمى AAV لتقديم ثلاثة عوامل لتعزيز استجابات عامل النمو في شبكية العين ، والتي تعد جزءًا من نظام العصب البصري.

"بمرور الوقت تمكنا من تجديد ألياف عصبية أطول بشكل متزايد في الفئران التي تعاني من تلف الأعصاب البصرية" ، كما يقول. "لسوء الحظ ، لم تنقل الألياف العصبية الجديدة النبضات ، المعروفة باسم إمكانات الفعل ، على طول الطريق من العين إلى الدماغ ، لذلك لم تكن هناك رؤية جديدة."

تتبع هو و Fagiolini المشكلة إلى حقيقة أن الألياف العصبية الجديدة كانت تنمو بدون الغمد الدهني المسمى Myelin. يعزل المايلين الألياف العصبية ويحافظ على الإشارات العصبية على المسار الصحيح ، مثلما يوجه العزل المحيط بسلك نحاسي التيار الكهربائي إلى المصباح بدلاً من ترصيع الحائط والمنافذ.

بالانتقال إلى الأدبيات الطبية ، قرأ هو و Fagiolini عن حاصرات قنوات البوتاسيوم المسمى 4-aminopyridine (4-AP) المعروف بتحسين توصيل الرسائل في الألياف العصبية التي تفتقر إلى المايلين الكافي. في الواقع ، يتم تسويق 4-AP على أنها AMPYRA لعلاج صعوبات المشي المرتبطة بـ MS ، والتي تنطوي أيضًا على فقدان المايلين.

يقول فاجيوليني: "عندما أدارنا 4-TP ، كانت الإشارات قادرة على قطع المسافة". وأكد مختبر منفصل ، حيث لم يعرفوا أي من الفئران العمياء التي تم علاجها ، أن الفئران المعالجة استجابت لقضبان الضوء المتحركة بينما لم تستجب المجموعة الضابطة.

يقول: "لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل أن يصبح هذا العلاج جاهزًا للتجارب البشرية". على سبيل المثال ، استخدم الفريق فيروسات العلاج الجيني لتوصيل عوامل النمو التي حفزت تجديد العصب البصري ، ولكن يعتقد هو وفاجيوليني أنهما يستطيعان إنتاج "مزيج" من بروتينات عامل النمو يمكن حقنه بنفس الفعالية. يقول هي: "نحن نحاول أن نفهم بشكل أفضل الآليات وعدد المرات التي يجب فيها حقن البروتينات".

كما لم يتم حل الآثار الجانبية المحتملة لاستخدام 4-AP لزيادة إرسال إشارات العصب البصري. يمكن أن يسبب الدواء نوبات صرع إذا تم إعطاؤه بشكل مزمن ، لذلك بدأ هو وفاجيوليني في اختبار مشتقات 4-AP غير المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء والتي ستكون أكثر أمانًا للاستخدام على المدى الطويل. على الرغم من العقبات المتبقية ، لا يزال هو وفاجيوليني متفائلين. يقول: "لدينا الآن على الأقل نموذج يمكننا استخدامه للمضي قدمًا".

عين العقل

يمكن أن يساعد تجديد العصب البصري الملايين ، ولكن ماذا لو تمكنا من تجاوز العصب البصري تمامًا ونرى بدونه ، أو حتى بدون عيون جسدية؟ هذا هو هدف آرثر لوري ، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة أنظمة الكمبيوتر في جامعة موناش الأسترالية. يعمل لوري وفريقه حاليًا على Gennaris ، وهو نظام من شأنه أن يحفز القشرة البصرية للدماغ مباشرة ، ويرسل شبكة من النبضات الكهربائية التي يمكن للدماغ تفسيرها على أنها أنماط يمكن التعرف عليها من الضوء والظلام.

يعود البحث في رؤية "الدماغ" إلى الستينيات. "في ذلك الوقت كنت بحاجة إلى غرفة مليئة بالمعدات للحصول على أي نتائج على الإطلاق ،" يلاحظ لوري. "حتى قبل أقل من عشرة أو خمسة عشر عامًا ، كان إنتاج شبكة من ثلاثمائة نقطة من الضوء يعني تمرير حزمة من 300 سلك منفصل من الدماغ إلى كاميرا فيديو خارجية كبيرة." يقوم لوري وفريقه بالبناء على هذا العمل السابق ، مستفيدين من التقدم الكبير الذي تم إحرازه خلال العقد الماضي في طاقة المعالجة ، وتصغير المكونات ، ونقل البيانات لاسلكيًا ، ونقل الطاقة التعريفي مثل ذلك الموجود الآن في بعض الهواتف المحمولة التي يمكن وضعها فوق الشاحن بدلاً من الحاجة إلى توصيله.

في الرؤية العادية ، يمر الضوء عبر حدقة العين وعدستها ويحفز العصي والمخاريط ، وهي الخلايا المستقبلة للصور التي تغطي الشبكية. يتم تحويل هذه الإشارات الضوئية الكيميائية إلى نبضات عصبية ، والتي بدورها تنتقل على طول العصب البصري إلى القشرة البصرية. هناك ، يحول الدماغ هذه النبضات إلى أشكال وصور يمكن التعرف عليها ، والمعروفة باسم الرؤية.

كما يحدث ، يمكن أيضًا تحفيز الخلايا العصبية في القشرة البصرية عن طريق الاتصال بأقطاب كهربائية صغيرة. يقول لوري: "نعلم من الأبحاث السابقة أنه يمكننا إنتاج ومضات ضوئية تظهر في نفس البقعة تقريبًا عندما يتم تحفيز نفس المنطقة من القشرة البصرية". "إذا تمكنا من إنشاء عدد من هذه الومضات في وقت واحد أو أكثر ، فيمكننا إنشاء شبكة بدائية من الضوء والظلام يمكن للدماغ أن يفسرها كصورة." تخيل مربعًا مكونًا من ستة عشر مصباحًا كهربائيًا ينشئ الحرف O من خلال تشغيل المصابيح الإثني عشر المحيطية وترك الأضواء المركزية الأربعة مطفأة. أو الحرف L الذي تم إنشاؤه بطريقة برايل ، النقاط 1 و 2 و 3 ، مع ترك باقي الخلية فارغة.

يأمل فريق Gennaris في إنشاء مثل هذه الشبكة باستخدام بلاطات خزفية دقيقة مدمجة مباشرة في القشرة البصرية لموضوع الاختبار. يوضح لوري: "تبلغ مساحة كل بلاطة حوالي 9 ملم مربع - حوالي ثلث البوصة - مع 43 قطبًا كهربائيًا عاملاً على كل بلاطة". "سوف تخترق هذه الأقطاب من 1.5 إلى 2 مليمتر في القشرة البصرية ، لتصل إلى ما يُعرف بالطبقة الرابعة ، وهي منطقة الدماغ التي يتم تحفيزها بشكل مباشر بواسطة العصب البصري."

ستنقل كاميرا فيديو صغيرة الصور في الوقت الفعلي إلى وحدة معالجة بحجم الجيب. هناك ، ستحدد الخوارزميات الخاصة الجوانب الأكثر أهمية لكل صورة وتقسيمها إلى سلسلة متواصلة من شبكات الضوء والظلام. سيتم دفق الشبكات لاسلكيًا إلى ملف تحريض مغناطيسي يتم وضعه مقابل الجزء الخلفي من رأس المريض بالقرب من القشرة البصرية. سيكون ملف الحث قادرًا على إنتاج شحنة صغيرة عن بعد في كل من الأقطاب الكهربائية حسب الاقتضاء ، والتي ستحفز بعد ذلك القشرة البصرية بنفس الطريقة التي يعمل بها العصب البصري عادةً.

يقول لوري: "سيكون لدينا في الواقع ميزة على الأطراف الصناعية المزروعة في الشبكية". "تحدث معظم رؤيتنا الحادة في جزء صغير من شبكية العين غني بالقضبان والمخاريط المعروفة باسم النقرة. يبلغ حجم النقرة حوالي مليمتر مربع فقط ، لذلك يجب أن تستفيد الأطراف الصناعية داخل العين أيضًا من أنسجة الشبكية المرتبطة بشكل أكبر بالأطراف الطرفية الرؤية. مساحة الدماغ التي تعالج الرؤية المركزية في الواقع أكبر بخمسة وعشرين مرة من نسيج الشبكية الذي تخدمه ، ومع ذلك ، مما يعطينا دقة تصل إلى خمسة وعشرين ضعفًا مقارنة بزراعة الشبكية ".

يأمل لوري وفريقه في بدء تجاربهم السريرية الأولى بحلول نهاية عام 2016. ويصرح قائلاً: "نخطط أن نبدأ بأربعة مربعات ، لكن في النهاية نأمل أن نزيد هذا العدد إلى أحد عشر". كما نأمل أن تصل سرعة الإرسال إلى عشر إطارات في الثانية. وفقًا لوري ، يمكن أيضًا تحسين الدقة عدة مرات عن طريق طلاء الأقطاب الكهربائية بهرمونات خاصة تسمى العوامل العصبية المشتقة من الدماغ. "بدلاً من دس الخلايا العصبية في الدماغ بالأقطاب الكهربائية ، فإن هذه المواد الكيميائية ستشجع الخلايا العصبية على التواصل وإجراء اتصالات واتصالات جديدة ، كما لو كانت الأقطاب الكهربائية عبارة عن خلايا دماغية أخرى."

ووفقًا لوري أيضًا ، فإن التصوير الواقعي للعالم من حولنا ليس هو كل شيء وينتهي بكل إمكانات Gennaris. "لدينا بالفعل ميزة التعرف على الوجه التي تقوم بعمل رائع في تحديد الأشخاص. تخيل رمزًا خاصًا يمثل زوجك أو زوجتك ، وأيقونات أخرى لكل من أطفالك يمكن أن تتضمن محتوى عاطفيًا ، وابتسامات ، ودموعًا ، وما شابه. سيكون من الممكن أيضًا إنشاء أبواب ومصاعد ونوافذ. ويمكننا أيضًا إنشاء أنظمة توجيه تشبه ضوء المدرج للمساعدة في اجتياز مجموعة من الممرات غير المألوفة ، مع الإشارة إلى العوائق على طول الطريق ".


استعادة الرؤية بالخلايا الجذعية

يمكن علاج التنكس البقعي المرتبط بالعمر (AMRD) عن طريق زرع المستقبلات الضوئية الناتجة عن التمايز الموجه للخلايا الجذعية ، وذلك بفضل النتائج التي نشرها اليوم البروفيسور جيلبرت بيرنييه من جامعة مونتريال ومستشفى ميزونوف روزمونت التابع لها. ARMD هي مشكلة شائعة في العين ناجمة عن فقدان الأقماع. طور فريق بيرنييه تقنية عالية الفعالية في المختبر لإنتاج خلايا شبكية حساسة للضوء من الخلايا الجذعية الجنينية البشرية. أوضح البروفيسور جيلبرت أن "طريقتنا لديها القدرة على تمييز 80٪ من الخلايا الجذعية إلى مخاريط نقية". "في غضون 45 يومًا ، شكلت المخاريط التي سمحنا لها بالنمو باتجاه التقاء نسيجًا شبكيًا منظمًا بشكل تلقائي بسمك 150 ميكرون. وهذا لم يتحقق من قبل."

من أجل التحقق من هذه التقنية ، قام بيرنييه بحقن مجموعات من خلايا الشبكية في عيون الفئران السليمة. المستقبلات الضوئية المزروعة هاجرت بشكل طبيعي داخل شبكية عائلها. وأوضح بيرنييه أن "زرع المخروط يمثل حلاً علاجيًا لأمراض الشبكية الناجمة عن انحطاط الخلايا المستقبلة للضوء". "حتى الآن ، كان من الصعب الحصول على كميات كبيرة من المخاريط البشرية." يقدم اكتشافه طريقة للتغلب على هذه المشكلة ، مما يوفر الأمل في إمكانية تطوير علاجات للأمراض التنكسية غير القابلة للشفاء حاليًا ، مثل مرض Stargardt و ARMD. وقال "الباحثون يحاولون تحقيق هذا النوع من التجارب منذ سنوات". "بفضل نهجنا البسيط والفعال ، سيتمكن أي مختبر في العالم الآن من إنشاء كتل من المستقبلات الضوئية. حتى لو كان هناك طريق طويل لنقطعه قبل بدء التجارب السريرية ، فهذا يعني ، من الناحية النظرية ، أنه سيكون قادرًا في النهاية على علاج عدد لا يحصى من المرضى ".

تعتبر النتائج مهمة بشكل خاص في ضوء تحسين متوسط ​​العمر المتوقع والزيادة المصاحبة في حالات ARMD. ARMD هو في الواقع السبب الأكبر للعمى بين الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 50 عامًا ويؤثر على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. ومع تقدمنا ​​في العمر ، تزداد صعوبة تجنب ذلك - بين الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 80 عامًا ، تؤثر الشيخوخة المتسارعة لشبكية العين على واحد من كل أربعة تقريبًا. يفقد الأشخاص المصابون بـ ARMD تدريجياً إدراكهم للألوان والتفاصيل لدرجة أنهم لم يعودوا قادرين على القراءة أو الكتابة أو مشاهدة التلفزيون أو حتى التعرف على الوجه.

يعود سبب ARMD إلى تنكس البقعة ، وهو الجزء المركزي من الشبكية الذي يتيح غالبية البصر. يحدث هذا التنكس بسبب تدمير المخاريط والخلايا في الظهارة الصبغية للشبكية (RPE) ، وهو نسيج مسؤول عن إصلاح الخلايا البصرية في شبكية العين والقضاء على الخلايا المهترئة للغاية. ومع ذلك ، لا يوجد سوى الكثير من التعويضات التي يمكن القيام بها لأننا نولد بعدد ثابت من الأقماع. لذلك لا يمكن استبدالها بشكل طبيعي. علاوة على ذلك ، مع تقدمنا ​​في العمر ، تكون صيانة RPE أقل فاعلية - تتراكم النفايات ، وتشكل رواسب. يوضح بيرنييه أن "التفريق بين خلايا RPE سهل للغاية. ولكن من أجل إجراء علاج كامل ، نحتاج إلى أنسجة عصبية تربط جميع خلايا RPE بالمخاريط. وهذا أكثر تعقيدًا لتطويره" ، مشيرًا مع ذلك إلى أنه يعتقد أن فريقه البحثي هو على مستوى التحدي.

كان بيرنييه مهتمًا بالجينات التي ترمز وتمكّن من تحريض شبكية العين أثناء التطور الجنيني منذ إكماله لدرجة الدكتوراه في البيولوجيا الجزيئية في عام 1997. "خلال فترة ما بعد الدكتوراه في معهد ماكس بلانك في ألمانيا ، طورت فكرة أنه هناك كان جزيئا طبيعيا يجب أن يكون موجودا ويكون قادرا على إجبار الخلايا الجذعية الجنينية على أن تصبح مخروطا ". في الواقع ، قاده تحليل المعلومات الحيوية للتنبؤ بوجود بروتين غامض: COCO ، وهو جزيء بشري "مؤلف" يتم التعبير عنه عادة داخل المستقبلات الضوئية أثناء تطورها.

في عام 2001 ، أطلق مختبره في مستشفى Maisonneuve-Rosemont وعزل الجزيء على الفور. لكن الأمر استغرق عدة سنوات من البحث لإزالة الغموض عن المسارات الجزيئية المشاركة في آلية تطوير المستقبلات الضوئية. يُظهر بحثه الأخير أنه من أجل إنشاء المخاريط ، يمكن لـ COCO أن يمنع بشكل منهجي جميع مسارات الإشارات التي تؤدي إلى تمايز خلايا الشبكية الأخرى في العين. من خلال الكشف عن هذه العملية الجزيئية تمكن بيرنييه من إنتاج مستقبلات ضوئية. وبشكل أكثر تحديدًا ، فقد أنتج مخاريط S ، وهي نماذج أولية للمستقبلات الضوئية توجد في الكائنات الأكثر بدائية.

إلى جانب التطبيقات السريرية ، يمكن لنتائج البروفيسور بيرنييه أن تمكن من نمذجة أمراض الشبكية التنكسية البشرية من خلال استخدام الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات ، مما يوفر إمكانية اختبار السبل المحتملة للعلاج على أنسجة المريض مباشرة.


شاهد الفيديو: ما هي وظيفة شبكية العين مع الدكتور احمد حبيب. Optimistic Clinic (سبتمبر 2022).