光遺傳學技術走向臨床,可望幫助失明者回復視力

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 19 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


5 月 24 日發表於《自然-醫學》(Nature Medicine)的一項研究首次將光遺傳學技術(optogenetics)運用於臨床,以閃光刺激基因表現並誘導神經訊號,成功讓一名 58 歲的色素性視網膜炎患者在失明 40 年後重新看見影像及移動的物體。這項技術已經廣泛的運用於神經迴路研究,之後更有望運用於疼痛、失明以及腦部疾病的治療。

這項研究由位於巴黎的 Gensight Biologics 公司的研究團隊在色素性視網膜炎(retinitis pigmentosa, RP)患者身上進行臨床試驗。色素性視網膜炎是一種退行性疾病,患者視網膜上的感光細胞(photoreceptor cells)漸漸死亡,使患者視力逐漸下降最終可能導致失明。正常的視網膜上的感光細胞能夠偵測光源並將神經電訊號傳至視網膜節細胞(retinal ganglion cell, RCG),最後將訊號傳導至腦部產生視覺。Gensight 所研發的光遺傳療法以病毒載體將感光蛋白質直接遞送到視網膜節細胞,令視覺成像過程能夠跳過患者損壞的感光細胞,讓患者能夠再次擁有視覺功能。

研究團隊將攜帶基因片段的病毒載體注射至色素性視網膜炎患者的眼部,等到四個月後視網膜節細胞穩定產生感光蛋白質時,再進一步測試患者的視力。帶領團隊進行這項研究的美國匹茲堡大學醫學中心(University of Pittsburgh Medical Center)眼科醫師 José-Alain Sahel 表示,健康狀態下的視網膜擁有多種細胞和感光蛋白,能夠接收非常多樣類型的光線,因此這項研究的其中一個挑戰就在於調控進入眼中的光線強度及類型。因為沒有一種蛋白質能夠完全重現健康完整系統的功能,因此研究團隊設計了一組鏡片,將患者周遭的視覺訊號調整為最適合該感光蛋白偵測的條件。

大腦能透過訓練精確解析影像訊號

研究團隊利用攝影機與鏡片實時分析畫面中的對比與亮度變化,即時將患者周遭的畫面轉換為如星空般滿布琥珀色光點的訊號。這些光線訊號被眼睛接收,便會活化感光蛋白質並且讓視網膜節細胞發出訊號傳送至腦部,最後在腦部中重新解析產生影像。

受試者需要配戴鏡片進行長達數月的訓練,使腦部漸漸調整到能夠正確分析解讀這些訊號。Sahel 表示,受試者通過經驗累積,就能夠逐漸理解並且具像化自己所看到的訊號,最終便能看見桌子上的物體和斑馬線等高對比度的影像。研究團隊記錄受試者腦部活動時,發現受試者的視覺皮層(visual cortex)在接收到影像訊號時所產生的活動與擁有正常視力下的活動相同。

Sahel 表示,雖然患者目前仍然需要依靠鏡片才能夠看見畫面,但是只要每天配戴鏡片數小時,其視力就能夠在接受注射的兩年內持續進步。研究團隊在去年也進一步擴大試驗規模,對六位受試者注射同樣的感光蛋白基因。雖然受試者配戴鏡片的訓練行程因為疫情的關係被延後,但有望能夠在今年得到試驗結果。

美國加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)神經學家 John Flannery 認為表示,這項研究結果展現了這項技術的安全性以及永久性,十分令人振奮。然而,正常視網膜中感光細胞總數目是視網膜節細胞的一百倍左右,因此視網膜節細胞單獨偵測訊號產生的影像解析度很難達到正常視力的水準。儘管如此,大腦依然能夠通過訓練精確的解析這些影像訊號,是非常令人興奮的成果。

研究是第一次在人體上運用並展現效果

美國威爾康奈爾醫學院(Weill Cornell Medical College)神經科學家 Sheila Nirenberg 表示,目前研究結果確實值得期待,但畢竟只有單一個成功案例,希望能夠在後續不同的受試者,尤其是接受更高劑量注射受試者身上看到類似的效果。

如今 GenSight 並不是唯一一個正在以光遺傳學技術研發色素性視網膜炎及其他視網膜病變療法的公司。今年 3 月 Nirenberg 的公司 Bionic Sight 也宣布了他們光遺傳學療法尚未發表的試驗成果。藉由該公司研發的類似的光遺傳學療法以及虛擬頭戴裝置,五位色素性視網膜炎患者中有四位患者在試驗中成功的回復了一定程度的視力。同時,瑞士著名的生技製藥公司諾華(Novartis)也正透過另一種感光蛋白質研發可以不需要鏡片輔助的新療法,但目前尚未進入臨床試驗階段。

研發光遺傳學技術並運用於研究中的美國史丹佛大學(Stanford University))神經科學家 Karl Deisseroth 認為,這項研究是第一次在人體上運用並展現出其效果,之後更能夠繼續研究更多種類的感光視蛋白,甚至不需要鏡片輔助,非常令人期待。儘管如此,他認為比起直接應用於臨床治療,光遺傳學技術做為研究技術也能夠促進更多種醫療技術研發的研究。希望透過這項技術的活用能夠引出更多相關的研究成果。

(首圖來源:pixabay

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