2018.09.01 03:20

華人科學家開發眼部細胞再生技術 可讓失明小鼠重見光明

文|DeepTech深科技
(來源:Pixabay)
(來源:Pixabay)

就在我們人體眼睛的後部,有這樣一些神奇的細胞,他們可以修復某些由於眼部疾病所帶來的損傷。但到目前為止,科學家還沒有研究出一種可以利用這一原理治療眼睛的方法。

不過就在最近,一組研究人員稱他們已經找到一種方法,可以誘導一種被稱為米勒神經膠質細胞(Müller glia)的細胞在小鼠眼中再生出一種光受體細胞。根據這篇8月15日發表在《自然》雜誌上的研究,這些再生出的細胞可以檢測到入射進眼睛的光線並與眼內的其他細胞建立神經網路連接,從而將這些信號傳遞到大腦,這一重要的步驟為治癒某些遺傳性眼病和傷害帶來了更多的可能性。

但也有其他人對這種說法表示懷疑,他們認為這些信號可能來自眼中現有的光敏感細胞,而不是再生的新感光細胞。

研究人員指出,利用小鼠視網膜中的細胞可以製造出新的光感受器(右邊的細胞),這些光感受器可以將光轉化為腦可以處理的電信號。(來源:Science)
研究人員指出,利用小鼠視網膜中的細胞可以製造出新的光感受器(右邊的細胞),這些光感受器可以將光轉化為腦可以處理的電信號。(來源:Science)

馬里蘭州巴爾的摩市約翰霍普金斯大學醫學院的神經科學家塞斯∙布萊克紹(Seth Blackshaw)說:「我比所有其他人都更希望這些是再生細胞的作用。但我對這項研究的成果感到十分懷疑。」

這項新的研究也是長期以來的試圖光感受器再生研究的一部分,光感受器是一種視網膜中的神經元,負責將入射光轉換為電信號。其中,錐形受體細胞即視錐細胞負責我們的日間視覺及顏色的感知,而杆狀受體細胞——即視杆細胞——則更為敏感,即使在在低光照條件也可以感知到微弱的光。一旦這些細胞受損,亦或是負責這些細胞產生的電信號傳遞到大腦的視網膜神經節細胞受損,都將引起視力受損,甚至導致失明。

視網膜神經元。(來源:Wikipedia)
視網膜神經元。(來源:Wikipedia)

假如人類眼睛的結構和斑馬魚的類似,上面所說的那些損失就不那麼令人痛苦了。魚類和兩棲動物眼中的米勒神經膠質細胞(Müller glia)可以自我分裂並且這些分裂的細胞專門用於去替代那些受損或丟失的神經元細胞。而哺乳動物的眼睛卻不會那樣自發地修復自己。米勒神經膠質細胞負責為自己周圍的細胞提供支援和滋養,但除了在細胞受損的情況下,米勒膠質細胞並不會輕易主動再生神經元——不過儘管如此,它們似乎也只製造相對少量的新細胞。

紐約市西奈山伊坎醫學院的神經科學家陳波(Bo Chen)和他的同事們希望,可以在不損害眼睛的情況下讓光感受器細胞再生。「我們所做的,就是試圖喚醒自我修復機制,就像斑馬魚體內的機制。」他說。與目前也在研究開發中的另一種眼部疾病治療方法——將幹細胞插入視網膜以再生神經元——相比,這種方法可能具有更小的侵入性和破壞性。

在之前的工作中,陳博士的團隊通過在鼠眼內注射一種含有某基因的無害病毒來獲得米勒神經膠質細胞,這種無害病毒裡的基因可以產生一種有助於調節細胞增殖的蛋白質。陳波說,膠質細胞產生的細胞類似於幹細胞,但這些幹細胞並沒有繼續分裂分化,實際上這些幹細胞之後沒有任何發展。

在這項新研究中,他和同事們在第一輪研究的2週後又進行了第二輪基因轉移的嘗試,在健康鼠的眼內另外注入三種基因,這些基因通常可以誘導正在發育中的眼睛中的細胞成為視杆細胞。他們發現,當米勒神經膠質細胞被這些攜帶基因的病毒靶向結合後,它誘導再生出來的細胞在其結構和信號傳導能力方面都與視杆細胞類似。

兩輪基因轉移實驗。(來源:Nature)
兩輪基因轉移實驗。(來源:Nature)

接著,研究人員在失明小鼠身上嘗試了同樣這種方法,這些實驗失明小鼠眼睛結構中仍然有視杆細胞和視錐細胞,但缺少兩個允許這些光感受器繼續傳遞信號至大腦的關鍵基因。因此這一次,研究人員在失明小鼠體內除了注射了可以誘導視杆細胞發育的三個基因外,還加入了糾正視杆細胞中信號傳導缺陷的基因——這樣視杆細胞將光轉化的電信號都將可以傳達至大腦。

當研究人員將這只小鼠置於有光環境下時,小鼠的接收視覺信號的大腦部分顯示為處於活躍狀態。研究小組這樣就可以得出結論,新的再生出的視杆細胞顯然已經與視網膜神經節細胞連接並成功傳遞了視杆細胞感知到的資訊。

德克薩斯州休斯頓大學視光學院的細胞和發育神經生物學家黛博拉·奧特森(Deborah Otteson)評論道:「在這之前從來沒有人能夠再生出一種外觀和功能與原生的光感受細胞如此相似的一種。」但她也指出,在這次試驗中,即使在再生出最多的新視杆細胞的小鼠體內,其視杆細胞密度也僅為健康小鼠視網膜上的 0.2%。我們可以想像,這只治療之後的小鼠可能感覺到一些光,但他卻無法辨認出任何形狀或物體。

「他們已經解決了所有問題中的第一部分,現在的問題是,怎麼將研究的成果擴大,使再生細胞的密度更大。」奧特森說。她說,如果研究人員可以讓米勒神經膠質細胞產生更多的光感受器,那麼有朝一日,可以用這種方法幫助那些因為視網膜脫落或遺傳性色素性視網膜炎而失去視杆細胞而失去視力的人重見光明。

而為了治療另外一種疾病,比如說隨著年齡增長發病率增加的的黃斑變性,研究人員將不得不研究另外的方法,可以誘導米勒膠質細胞再生出視錐細胞。此外,他們必須能夠對引發這些疾病的各種基因突變進行識別並糾正。

肯塔基州路易斯維爾大學的神經生物學家Maureen McCall評價說,這項工作在修復視杆細胞的研究上「向前邁出的一大步」,但他也同時指出,該團隊仍需要證明,在那些視網膜細胞可能無法正常連接和相互作用的患者體內,用這種方法再生出的視杆細胞能夠在患病者的眼睛中發育且正常工作。

不過,布萊克紹(Blackshaw)對這次試驗的結果有著不一樣的解釋:失明小鼠體內現有的視杆和視錐細胞在實驗之後被修復,或者是由於它們體內被注射了帶有修正基因的病毒,或者是因為米勒神經膠質細胞與它們共用了該基因的產物。

在上述兩者中的任何一種情況下,小鼠大腦收到的視覺信號都不是來自新再生出的視杆細胞,而是來自具有自恢復功能的已有的光感受細胞。他說,這項研究還應當使用一下化學標記技術,這樣就可以證明最終傳導信號給大腦的視杆細胞的到底是不是來自米勒神經膠質的再生功能。

不過,陳波一直說他和他的團隊已經進行了這樣的標記實驗,儘管在發表的文章中並沒有對標記進行描述,而且他們通過其他幾種方法徹底證明了這些視杆細胞是再生出的。他還引用了對照實驗來證明,在對照實驗中他們並沒有沒重新編碼的視杆細胞修正基因轉移至米勒膠質細胞。在這種情況下,大腦中並沒有顯示有接收到視覺信號,這意味著已有的視杆細胞並沒有被恢復。

現在,陳波和他的團隊正在探索其他的可能會誘導米勒神經膠質細胞產生更大批量的視杆細胞的基因。他們還準備進行實驗,以測試他們的方法是否也適用於人類視網膜細胞,目前,他們已經在實驗室培養皿中準備了一些人類視網膜細胞。

往下繼續閱讀

本文係由DeepTech深科技授權刊登。原文連結:华人科学家开发眼部细胞再生技术,可让失明小鼠重见光明

更新時間|2019.03.21 05:36

更多內容,歡迎訂閱鏡週刊了解內容授權資訊

相關關鍵字:

喜歡這篇文章嗎?
歡迎灌溉支持喔!

推薦文章