基于近红外传感器和基因疗法的失明治疗

2020年6月,瑞士巴塞尔分子与临床眼科研究所在Science上发表一篇标题为“Restoring light sensitivity using tunable near-infrared sensors”的失明治疗文章。文中采用可调控的近红外传感器,来恢复光感受器的光敏感性。

激活盲人视网膜的近红外光(NIR,near-infrared)敏感性能够补充或者恢复视网膜局部退化病人的视觉功能。作者采用与在温度敏感型阳离子通道受体(TRP, Transient receptor potential channels)结合的纳米单元,诱导光感受器的近红外光敏感性。

在视网膜功能退化的小鼠光不敏感感受器区域,表达哺乳动物或者蛇类TRP通道。近红外刺激增加了神经节细胞层神经、元皮层神经元等活性,帮助小鼠学习简单的视觉引导行为。使用不同波长、不同长度的纳米单元、不同的辐射功率和具有不同温度阈值的工程通道蛋白,能够调节传感器的不同响应。将TPR通道导入死亡人类视网膜,促进近红外光诱导的不同类型的激活。

该体系包括一个遗传单元和纳米单元。遗传单元包含一个融合细胞外抗原的温敏型TRP通道;纳米单元包含一个连接了抗体的金纳米棒。抗原抗体的设计,保证金纳米棒只能与工程化改造的TRP通道结合。金纳米棒捕获近共振波长范围内的红外光并产生热量,从而打开温敏型的TRP通道,进而引发视锥细胞的相应

A 双组分系统组成;B 野生型与突变体小鼠视网膜结构示意图,Rd1小鼠中视网膜上光受体数量显著少于野生型。作者采用915 nm波长刺激携带rTPR1和金纳米棒的Rd1小鼠,如图2 所示。与对照组相比,皮层神经元显示NIR激发的钙离子信号相应,并且呈现光强度依赖性。

结论:Botond Roska教授等开发的恢复光敏性方法,能够特异性的改善视网膜上的光不敏感区,并且该体系分别在突变小鼠和死后八周的人类视网膜中得到成功验证。

参考文献:

1. Restoring light sensitivity using tunable near-infrared sensors,Nelidova et al., Science 368, 1108–1113 (2020)

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