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假如给我三天光明(假如给了我三天光明)

  假如给我三天光明(假如给了我三天光明)
  你能看见天空中绮丽无比的云彩、朝霞和夕阳吗?
  你能看见大地上赏心悦目的花草、河流和高山吗?
  我看不见!
  不管是先天性失明还是后天因病致盲,这世界上有很多看不见这些美景的人,包括著名的《假如给我三天光明》的作者海伦凯特。
  图片来源bbs.fengniao.com
  凯特的年代没有奇迹给她三天光明,而现今,科学家对绿藻的研究使重获光明成为可能。
  图片来源Nature Medicine
  新的希望——光遗传学治疗法
  什么是光遗传学呢?
  光遗传学是结合光学、遗传学和生物工程,利用一定波长的光来精准调控细胞或生物结构的一项遗传学技术。
  科学家在寻求色素性视网膜炎的治疗方法时,大胆的想起了能否利用光遗传学这种新的技术,把光敏感基因转入到视网膜特定类型的细胞中表达出光敏蛋白,通过光来激活这些光敏蛋白,从而使细胞对光敏感,以达到治疗失明的目的。
  今年发表在《Nature Medicine》上的一篇文章中,研究人员就试图利用光遗传学技术,来帮助一位58岁的患者重获光明。
  图片来源www.thepaper.cn
  这位法国男性在40年前患上了色素性视网膜炎,在接受这项治疗前,他他的一只眼睛已经完全失明。
  这里提到的色素性视网膜炎(Retinitis pigmentosa)是一种严重影响视力的神经退行性疾病,能引起光感受器不可逆性死亡。患者的视杆细胞被损伤,随着疾病慢慢发展,最终导致视锥细胞也受到损伤,造成患者中心视力和周边视力都丧失。
  图片来源www.51wendang.com
  色素性视网膜炎是一种多基因突变导致的疾病,目前已经发现了超过50种基因的100个位点与之相关。暂时尚无法治愈,可以用于治疗的方法包括减缓光感受器变性从而减缓病情发展,或者通过建立新的光感受器细胞重塑视网膜功能。
  其中,光遗传学治疗法的思路是尝试通过在变性的视网膜上表达光敏蛋白,以达到重建视网膜感光功能的目的。
  在上面的实验中,来自瑞士巴塞尔大学和美国匹兹堡大学的教授就是利用光遗传学,成功地帮助患者恢复了部分视力。
  怎么做的呢?
  说起来原理也不复杂,先将光敏蛋白基因转入腺病毒中制成光遗传载体,在将其注射到患者眼睛的玻璃体腔中,等待一段时间(在这次治疗中是4个半月),使用特定的光照射护目镜进行系统的视觉训练。
  护目镜配备有一个摄像头,可以检测到患者周围环境的光强变化,并将转换后的琥珀色光脉冲实时投射到视网膜上,就像电影放映机投射到影院屏幕上一样,来激活视神经节细胞信号的转变。
  然后,被激活的视神经细胞将信号通过视神经传到大脑,信息被处理后形成视觉。
  该项目中,这位已经失明40年的男性在经过治疗后能看到人行斑马线,而且能伸手准确拿到桌子上的笔记本或者玻璃杯。此时,通过脑电图对该患者实验过程中的大脑活动过程进行分析,发现视觉相关的大脑部位被激活了。
  图片来源Nature Medicine
  虽然这项技术目前还不能让患者痊愈,但部分视力的恢复也足够令人感到难以置信,这对因病(例如色素性视网膜炎等疾病)致盲的患者来说就是重获光明的希望。
  生命的馈赠——绿藻的光敏蛋白
  在上述技术中,有个非常关键的元件,那就是能让细胞表达出光敏蛋白进而重建光感受器的光敏感基因。这个关键的基因并不是人本身就有的,而是由一种绿藻提供的。
  这里用到的绿藻是一种名为莱茵衣藻(Chlamydomonas)的单细胞植物。这种单细胞植物含有叶绿体,并能在水下捕获光能进行光合作用,在其叶绿体上存在一种光敏感蛋白,即紫红质通道蛋白2(ChR2)。
  图片来源见水印
  ChR2属于光敏离子通道蛋白,能独立的直接将光信号转化为电信号,最初从绿藻中分离得到,而后成为了研究神经元功能的重要工具。
  2006年,科学家首次将ChR2表达在色素性视网膜炎小鼠的视网膜上,使失去光感的视网膜重新感光,成功重建了小鼠的部分视功能。
  图片
  在上述尝试恢复人的视力的实验中,利用腺病毒转入患者体内的也是ChR2基因。
  这里有人可能会问,既然需要恢复人的光感受器,为何不给患者转入调控人光敏蛋白合成的基因,而转入ChR2呢?这是因为人光敏蛋白的表达由多种基因共同调控,非常复杂,要为患者转入人的基因,则这些调控基因必须同时转入并全部成功表达,这太难了!
  图片来源www.thehour.cn
  因此,科学家就想到了ChR2基因,它可以单独调控光敏蛋白的合成,而且表达出的ChR2这种光敏离子通道蛋白可以独立的将光信号转换为电信号。
  正是绿藻中获得的ChR2这种光敏蛋白基因在人细胞中的成功表达,使患者的光感受器重建,才使患者有了重获视力的可能。
  如果有一天,失明患者能重新看见旭日、朝霞、高山、河流……这可能是绿藻和无数科学家共同创造的奇迹。

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