近乎失明 40 年的老人，在某一天 “突然” 能看到人行道，并能計算斑馬線的數(shù)量。這不是小說故事，而是基因治療的新突破。
圖 | 患者在參與實驗（來源：UPMC）
該患者是一位 58 歲的法國男性，此前被診斷為色素性視網(wǎng)膜炎（RP，Retinitis Pigmentosa），這種病是一種遺傳性進行性疾病，病因與 71 多個不同基因突變有關，目前全球已有 200 多萬人“深受其害”。
據(jù)估計，在英國每 4000 人中就有 1 人患有這種疾病，它會損傷視網(wǎng)膜的感光細胞，進而導致視力喪失。
斯坦福研究員、2020 《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 中國區(qū)得主唐靜告訴 DeepTech：“色素性視網(wǎng)膜炎是一種神經(jīng)退行性眼病，患者通常在兒童時期就開始視力惡化。由于視網(wǎng)膜上的感光細胞丟失，最終可導致完全失明?！?/span>
一旦患上這種罕見病，往往意味著視力僅僅局限于對光的感知，即患者能感受光的存在，也能區(qū)分白天和黑夜，但是眼睛不能分辨其他任何東西。
除了基因替代療法可對疾病的早期發(fā)作起效之外，目前尚無得到批準的色素性視網(wǎng)膜炎治療方法。
而本次患者接受的基因療法叫光遺傳療法（optogenetic therapy），研究人員表示，使用的技術叫做光遺傳視力恢復，這也是該技術首次用于神經(jīng)退行性疾病的部分功能恢復。
圖 | 參與實驗的患者（來源：The Irish News）
當?shù)貢r間 5 月 24 日，相關論文以《光遺傳學治療后盲人患者視力功能的部分恢復》（Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy）為題發(fā)表在?Nature Medicine上，美國匹茲堡大學（University of Pittsburgh）眼科專家何塞阿蘭薩赫（José-AlainSahe）教授是該論文的第一作者和共同通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Nature Medicine）
在參加相關先鋒臨床試驗時，這名老人需要佩戴一款特制護目鏡，上面有專用攝像頭，該攝像頭可檢測病人周圍環(huán)境的光強度變化，還能把拍攝的圖像轉(zhuǎn)換成光脈沖，光脈沖被投射到視網(wǎng)膜之后，被改造的神經(jīng)細胞即可被激活。
圖 | 護目鏡工作原理（來源：UPMC）
通過結(jié)合護目鏡、基因療法和光脈沖，患者能用一只眼睛看到部分東西。在測試期間，其有 92％的時間能找到、并觸摸在他面前的記事本。
使用光遺傳學技術，從基因角度改變視網(wǎng)膜細胞
研究中，工作人員讓患者視力最差的一只眼睛接受玻璃體腔藥劑注射，注射內(nèi)容是一種腺相關病毒（AAV），事實上這也是一種基因治療方法，即讓病毒載體感染人體組織，從而帶來有益的有效載荷。
圖 | 注射腺相關病毒示意圖（來源：UPMC）
對于這一過程，唐靜告訴 DeepTech：“科學家們利用無害的腺相關病毒作為載體，將來自綠藻的可以編碼的光敏蛋白 ChrimsonR 的遺傳指令送入患者的一側(cè)眼睛，目標是改造視網(wǎng)膜中央凹的神經(jīng)節(jié)細胞?！?/span>
據(jù)了解，上述基因只有藻類表達。其原理是腺相關病毒使用了一種光敏蛋白組合，可以激活 ChrimsonR 的視紫紅質(zhì)通道蛋白的基因編碼，該蛋白是一種敏感蛋白，能夠感知琥珀色的光。
這時，被激活的神經(jīng)細胞會把信號通過視神經(jīng)傳遞到大腦，信息在大腦中會被處理和合成視覺感知。
圖 | 大腦合成視覺信息的過程（來源：UPMC）
使用該辦法，患者眼前物體發(fā)出的陣陣光線可以刺激他的眼睛，從而增強此前受損視網(wǎng)膜細胞的光感知功能。
注射 4 個半月后，研究人員開始使用刺激光的護目鏡，對患者進行系統(tǒng)的視覺訓練。
研究人員解釋稱，刺激光的護目鏡使用了一種神經(jīng)形態(tài)照相機，它能從視覺世界捕捉圖像，這種照相機可以根據(jù)不同事件的不同像素去檢測強度的變化。然后，護目鏡可以把事件轉(zhuǎn)化為單色圖像，并通過局部 595 納米的光脈沖實時投影到視網(wǎng)膜上。
在接受了 7 個月的治療時間后，被基因改變的細胞開始穩(wěn)定，病人也開始出現(xiàn)視力改善的跡象。首次可以重新看見時，患者看到的景象是行人過馬路時的斑馬線，這讓他 “非常興奮”。
何塞阿蘭薩赫（José-AlainSahe）表示：“我們提出的證據(jù)表明注射一種光基因傳感器表達的基因治療載體，（并）結(jié)合佩戴光刺激護目鏡，可以部分恢復只有光感知視力的色素性視網(wǎng)膜炎患者的視覺功能，”
圖 | 注射前 4 周視網(wǎng)膜的 OCT 成像（optical coherence tomography，光學相干斷層成像）（來源：Nature Medicine）
除了可以看到斑馬線，在實驗中，在患者面前分別放置一個筆記本、飯盒和不倒翁，他能成功感知物體的定位、并對其進行觸摸。
這說明引起感知的視覺過程足夠有效，也就是患者的眼睛可以朝向物體，并能通過執(zhí)行視覺運動任務來觀看物體。
在使用護目鏡的情況下，他還可識別盤子、杯子、電話、走廊里的一扇門，以及發(fā)現(xiàn)房間里的一件家具。實驗結(jié)果表明，患者能以 78％ 的準確率判斷是否有倒下的杯子。
圖 | 注射后 52 周內(nèi)視網(wǎng)膜的 OCT 成像（來源：Nature Medicine）
治療前后身體未出現(xiàn)不適，84 周內(nèi)眼睛均具備感知力
如下圖，患者正在戴著護目鏡來讓參與治療的眼睛去感知、定位、計數(shù)和觸摸不同的物體。在視覺感知過程中，研究人員還給他戴上一頂非侵入性腦電圖（EEG，Electroencephalogram）帽，實驗中這頂帽子可以讀出大腦皮層的神經(jīng)元活動，從而測量恢復的部分視力。
圖 | 非侵入性腦電圖（EEG）帽（來源：Nature Medicine）
患者被指示在實驗前 5 秒閉上眼睛，同時實驗人員會把杯子放在桌子上，然后患者被要求睜開眼睛，并給他 15 秒以確定玻璃杯是否在桌上。
該論文的作者表示：“腦電圖的記錄表明，視網(wǎng)膜的光遺傳刺激引起的視網(wǎng)膜活動會傳播到初級視覺皮層，并對其活動進行調(diào)節(jié)，”“這種皮層活動會被量化為局部腦電圖阿爾法能量振幅的變化，當傳遞了足夠的信息，就能解碼物體與無物體的刺激?！?/span>
圖 | 注射后 80 周內(nèi)的視網(wǎng)膜光學相干斷層掃描成像（來源：Nature Medicine）
在測試期間，戴上護目鏡的患者在 92％ 的時間內(nèi)，能找到并觸摸在他面前的桌子上的筆記本。而在注射前、或者沒有佩戴護目鏡、亦或是注射了但不佩戴護目鏡這三種情況下，他都無法執(zhí)行任何視覺任務。
圖 | 重獲視覺的過程（來源：UPMC）
在注射前和注射后，研究人員對患者進行了眼科檢查，并根據(jù) 84 周的方法評估了視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu)。
此外，研究人員還評估了患者每次就診時的生命體征，并在注射前后對其進行了全身檢查和心電圖。
在隨訪期內(nèi)，患者沒有出現(xiàn)眼內(nèi)炎癥、視網(wǎng)膜的解剖結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)變化，也沒有眼部或全身其他部位的不適，經(jīng)過治療的眼睛在 84 周的測試中均保持著光線感知。
盡管其視力得到了一定恢復，但是研究人員預計這名病人的視力不會恢復到讓他可以閱讀或者識別面部的地步，因為識別人臉需要非常高的分辨率。
不過，對于患者和家屬來說，本次光遺傳學的新進展必將給許多家庭帶來新希望。
據(jù)研究人員介紹，除了論文展示的患者案例之外，該療法已幫助部分患者恢復了失去的視力，他們希望“這一里程碑可讓視力恢復療法帶來令人興奮的未來”。
目前，該方法仍處于實驗階段，實際治療估計還需要數(shù)年時間。即便如此，也已經(jīng)是很大的突破，猶他大學醫(yī)學院（University of Utah School of Medicine）的眼科專家保羅伯恩斯坦（Paul Bernstein）評價稱：“現(xiàn)在發(fā)生的事情就像我在 26 年前剛從業(yè)時想象的科幻場景?！?/span>
