science发布恢复视网膜色素变性

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调查一致报告说,人们比其他任何残疾者都更担心完全失明,并且目前无法治愈的失明的主要原因是视网膜疾病。视网膜是大脑在发育过程中延伸到眼睛中的一部分,它通过首先用视杆和视锥感光器检测光来启动视觉。然后,四类视网膜神经元开始分析视觉图像。尽管可以在世界上某些地方无法使用这种治疗方法,但是通常可以通过外科手术来治疗将光线传输并聚焦到视网膜(晶状体和角膜)上的光学介质中的缺陷,尽管这种缺陷在世界上某些地区尚不可用。世界各地的个人。不可治疗的视网膜疾病仅在美国就可能导致超过万人的合法或完全失明,但是治疗的进步增加了恢复几种类型的视网膜失明的可能性(1)。

视网膜神经元包含双极和水平细胞,它们是从外部视网膜中的感光细胞接收信号的二阶神经元。双极细胞在视网膜内部激活三级无长突和视网膜神经节细胞。神经节细胞的轴突形成视神经,并将视觉信息传递到大脑的其他部位(见图)。最易使视网膜疾病致盲的细胞是感光细胞和神经节细胞。尽管在对抗由感光细胞变性引起的失明方面已经取得了进展,但是目前对于解决神经节细胞丧失(例如在青光眼中发生)的努力还很少。

在恢复导致完全失明的光感受器丧失方面最成功的方法是使用视网膜修复装置,其中两种已获准用于临床(2)。这些装置电刺激双极或神经节细胞。他们需要具有照相机的护目镜,该照相机将视觉刺激转换为电刺激,从而激活设备,进而刺激视网膜细胞。这些设备中有数百种已植入盲人或几乎盲人中,其中70%至80%的人生活质量得到改善。对于那些完全失明的人,再次体验至少某种视觉功能的能力被视为奇迹。

但是,设备有很多限制。到目前为止,获得的最佳视力较差(20/),视野范围有限,但是正在开发和测试许多改进,主要是技术性改进,包括潜在地使用电子低视力设备来增加视野大小和敏锐度(3)。视网膜假体不适用于因神经节细胞和/或视神经丧失而失明的患者,但假体会绕过视网膜并刺激更多的中央视觉结构,包括外侧膝状核(视网膜与皮层之间的中介层)和视觉皮层正在人类中进行开发和测试(4)。仍然存在大量技术问题,但是初步数据表明此类设备是可行的。

现在正在临床中治疗光感受器变性和潜在失明的第二种方法是基因治疗(5)。这涉及将含有正常基因的病毒构建体注入眼睛,以替代异常基因。迄今为止,成功仅限于治疗Leber2型先天性黑桃病(LCA),这是一种罕见的色素性视网膜炎,其中需要其产物形成正确的维生素A醛异构体,可见色素发色团的基因,被突变。在LCA患者中几乎没有正确的异构体,导致感光器光敏性大大降低。当将编码正常基因的病毒构建体注入到感光体和色素上皮之间的眼睛深处时,情况就相反了。

有两个因素使这种方法在LCA中可行:遗传缺陷是单基因的,尽管受损,患者中的许多感光细胞仍然存活。因此,治疗目前已知存在的大范围遗传性视网膜疾病(?)的基因疗法在多大程度上可行尚待观察。但是,至少有十几项针对与LCA类似的单基因遗传性眼病的基因治疗试验正在进行中(6)。现在可以使用其他操纵基因的方法,包括CRISPR介导的视网膜基因编辑。到目前为止,实验主要针对分离的细胞或视网膜,但是这些强大的技术可能最终会在临床上应用。

使用基因治疗技术的一种变化是光遗传学,其中将光敏分子引入非光敏性视网膜细胞。这种方法对于恢复失去光感受器的完全失明的人来说具有很大的前景。使用病毒在双极和神经节细胞中插入编码光敏分子的基因以及不再具有光敏性的存活感光细胞已在动物体内完成,并已显示出可以恢复某些视力的功能(7)。同样,技术问题仍然存在:对光敏感的细胞需要明亮的光刺激,而对光敏感的细胞则无法适应。就是说,尽管感光器通常允许视力超过10log单位的光强度,但对光敏感的细胞仅对2到3log单位的范围作出反应。目前正在开发克服这些局限性的各种方法,并且正在进行至少一项临床试验。也正在开发使动物对光或其他刺激更敏感的皮质神经元敏感的实验,例如磁场或超声波,并已在动物中进行了测试。

正在探索恢复视力的其他有前途的方法。在冷血脊椎动物中,受损后视网膜细胞(在鱼类中)甚至整个视网膜(在两栖动物中)都可以内源性再生。斑马鱼中视网膜细胞的再生现在已经很清楚了(8)。再生的神经元来自视网膜的主要神经胶质细胞,Müller细胞。视网膜受损后,Müller细胞重新进入细胞周期并不对称分裂以自我更新,并产生祖细胞,该祖细胞增殖后可产生能够分化为可修复视网膜的新视网膜细胞的细胞池。

斑马鱼的视网膜再生中涉及许多转录因子和其他因子,这些因子可刺激小鼠的Müller细胞增殖和神经元再生。迄今为止,已在小鼠视网膜中鉴定出再生的双极和无长突细胞以及视杆感光细胞,这些细胞对光刺激有反应(9、10)。此外,与再生神经元突触后的细胞被光刺激激活,表明再生神经元已被整合到视网膜神经回路中。到目前为止,哺乳动物Müller细胞的再生能力是有限的,但是特定类型的神经元与多种因素的直接分化似乎是可能的。视神经破裂后神经节细胞轴突的再生也正在积极研究中,尽管轴突再生的数量很少(约10%),但那些再生的轴突与其正确的靶标建立了突触连接(11)。因此,内源性再生离临床测试还很远,但是已经取得了实质性进展。

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眼睛和视网膜

视网膜位于眼后部,由杆状和锥状光感受器以及四种类型的神经元组成:二阶双极和水平细胞以及三阶视网膜神经节细胞(RGC)和无长突细胞。米勒神经胶质细胞充满神经元之间的空间。对感光器功能至关重要的色素上皮位于视网膜下方。感光细胞和RGC最容易使视网膜疾病致盲。在对抗感光体变性方面已经取得了进展,但是解决RGC丢失的策略很少。

图形:N.CARY/科学

长期研究的领域是将视网膜细胞,特别是感光细胞,移植到患病的视网膜中。在小鼠实验中,源自胚胎视网膜或干细胞的移植有丝分裂后视杆感光细胞前体细胞似乎以合理数量整合到患病的视网膜中并具有功能。最近发现了这些实验解释中令人惊讶和意外的复杂性。供体细胞似乎没有整合到患病的视网膜中,而是将物质(RNA或蛋白质)传递到剩余的宿主感光细胞中,使它们恢复活力,而这些似乎是大多数功能性细胞(12)。目前的证据表明,只有一小部分供体细胞整合,但是在克服这种挫折方面正在取得进展。

据报道,被诱导成为色素上皮(PE)细胞的干细胞取得了更大的成功,这为感光细胞提供了必要的支持。许多致盲性视网膜疾病与PE细胞的退化有关,并且正在积极寻求使用这种细胞进行替代(在悬浮液中或在支架上)。?PE细胞不需要与视网膜细胞突触整合;他们只需要接触感光细胞。当将PE细胞置于视网膜和眼后之间时,可以实现此目的。早期的临床试验表明,这些移植物是安全的,但可能发生视网膜脱离,这是一种严重的并发症,尚待证实其疗效(13)。

供体感光细胞可以帮助患病的宿主视网膜细胞恢复功能的发现表明某些物质可以提供神经保护作用。实际上,已经显示出大量这样的神经保护分子影响视网膜疾病的进展,特别是影响感光细胞的变性。尚无一个因素总体上有效,但有两个因素引起了广泛


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