Przywrócenie wzroku dla osób dotkniętych zwyrodnieniem siatkówki spowodowało obiecujący skok do przodu dzięki postępom w optogenetyce. Naukowcy dr Himanshu Bansal i Gur Pyari, prowadzeni przez profesora Sukhdeva Roya z Dayalbagh Educational Institute, Agra, Indie, przeprowadzili szczegółowe badanie teoretyczne pokazujące, w jaki sposób białka wrażliwe na światło zwane kanałami, które działają jako detektory światła w komórkach, zwłaszcza chrmine, zwłaszcza chmine, Nowatorska wysyłana opsina i jej specjalnie zaprojektowane warianty mogą pomóc przywrócić widzenie w warunkach oświetlenia otoczenia. Badanie, opublikowane w sprawozdaniach Scientific, oferuje wgląd w reestorację wizji, która nie wymaga nieporęcznych gogli, co ułatwia życie milionom ludzi.

Badanie bada wyzwania związane z przywróceniem widzenia za pomocą optogenetyki, technologii, która wykorzystuje wrażliwe na światło białka do aktywowania komórek nerwowych w siatkówce, która jest wrażliwą na światłem warstwą tkanki z tyłu oka. Tradycyjne metody napotykały problemy, takie jak wymaganie bardzo jasnego światła, działanie tylko w ograniczonym zakresie jasnych kolorów i reagowanie zbyt wolno na zmiany światła. Pierwsze udane ludzkie badanie kliniczne terapii optogenetycznej na niewidomym pacjenta zostało zgłoszone w czasopiśmie Nature Medicine w 2021 r. Funkcja wizualna mogła być częściowo resotowowana przy użyciu specjalnie zaprojektowanych gogli, które mogłyby wykryć lokalne zmiany intensywności światła i wyświetlać odpowiednie pulsy światła na światło na naczynia siatkówka w czasie rzeczywistym, aby wyzwolić optogenetycznie transdukowane komórki zwojowe siatkówki za pomocą opsyny Chrimsonr. Niniejsze badanie oznacza znaczącą poprawę i podkreśla, w jaki sposób chrmin z lepszą wrażliwością na światło i niezawodnością do wywoływania potencjałów czynnościowych może skutecznie funkcjonować w codziennym oświetleniu, takim jak światło słoneczne i białe światło, przy użyciu znacznie mniej światła niż wcześniejsze metody. To przełom oznacza dużą poprawę w uczynieniu procesu bardziej naturalnym i przyjaznym dla użytkownika.

Jednym z najbardziej niezwykłych odkryć jest zdolność chrmine do aktywacji komórek nerwowych o wyjątkowo niskim poziomie światła, tj. Wymagana ilość światła jest minimalna. Te poziomy są znacznie niższe niż jasność pochmurnego dnia. Oznacza to, że urządzenia korzystające z Chrmine mogą działać bez konieczności dodatkowego sztucznego oświetlenia, które jest często niewygodne i niewygodne dla użytkowników. Profesor Roy zauważył: „oznacza to znaczącą zmianę w optogenetyce, ponieważ możemy teraz pracować nad integracją naturalnych warunków światła z urządzeniami, które pomagają przywrócić wizję”.

Naukowcy badali również ulepszone wersje chrmine, w tym Hschrmin, szybciej działający wariant zwany szybkim mutantem chrimine. Ta wersja reaguje szybciej i może działać w szerszym zakresie jasnych kolorów. Podczas gdy Chrmine może stymulować komórki nerwowe do wystrzeliwania sygnałów, które są wiadomościami wysyłani przez neurony, z prędkością podobną do procesów naturalnych, szybki wariant może to zrobić prawie dwa razy szybciej, poprawiając jakość przywracania wzroku. Te cechy są niezbędne do pomagania osobom w odzyskaniu możliwości wyraźniejszego dostrzegania kolorów i ruchu.

Symulacje badania wykazały również, że użycie światła z mieszanką długości fali-zakres kolorów, takich jak światło występujące w naturalnym świetle słonecznym-znaczące korzyści w porównaniu z urządzeniami opierającymi się na wąskich pasm światła, takie jak diody emitujące światło, które wytwarzają światło określonego koloru. Chrmine zareagowała znacznie silniej na ten rodzaj mieszanego światła, tworząc kilkakrotnie odpowiedź w porównaniu z innymi metodami. Profesor Roy wyjaśnił: „Korzystanie z światła, które obejmuje szerszy zakres kolorów, jest głównym postępem. Pomaga nam osiągnąć wysokiej jakości przywrócenie widzenia, przy jednoczesnym stosowaniu znacznie niższych poziomów światła, co zapewnia oko przed ogrzewaniem i fotodamacją i zmniejsza zależność od sztucznego oświetlenia. ”

Podsumowując, badanie profesora Roya nie tylko podkreśla potencjał Chrmine do przywrócenia wzroku bez operacji inwazyjnej, co oznacza nie potrzebę poważnych operacji, ale także wskazuje na ekscytujące możliwości przyszłych rozwoju optogenetyki. Łącząc wysoką wrażliwość na intensywność światła i kolor, szybkie reakcje, lepszą jakość i zdolność do pracy z naturalnym oświetleniem, Chrmine i jej ulepszone wersje mogą przekształcić leczenie osób z utratą wzroku. Odkrycia stanowią ważny krok w kierunku stworzenia niedrogich i skutecznych protez optogenetycznych siatkówki, które poprawiają jakość życia osób z zaburzeniami wizualnymi.

Referencje dziennika

Himanshu Bansal, Gur Pyari i Sukhdev Roy, „Teoretyczne przewidywanie szerokopasmowego światła otaczającego renowacji optogenetycznej wizji z chrmine i jej mutantami”. Raporty naukowe, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/S41598-024-62558-2

O autorach

Profesor Sukhdev Roy otrzymał B.Sc. (Z wyróżnieniem. Fizyka z Delhi University w 1986 roku, M.Sc. Fizyka z Dayalbagh Educational Institute (DEI), Agra, Indie, w 1988 r. I doktorat. od IIT Delhi w 1993 r. Jest obecnie profesorem i szefem Wydziału Fizyki i Informatyki w Dei, Agra, Indie. Był profesorem wizytującym na Harvardzie, Waterloo, Würzburg, Regensburg, MPI ds. Nauki światła w Erlangen, Osaka, Hokkaido, Uniwersytecie City i Queen Mary University of London oraz współpracownikiem Międzynarodowego Centrum Fizyki Teoretycznej, Trieste, Trieste, Trieste, Trieste, Trieste Włochy. Jest laureatem nagrody Aicte Career Award dla młodych nauczycieli w 2001 r., JSPS Invitation Fellowship, Japonia w 2004 r., HC Shah Research Endowment Nagroda Sardar Patel University w 2006 r., 1^St IETE BB Sen Memorial Award w 2007 roku, IETE-CONF. W Emerging Optoelectronic Technologies Award w 2012 roku, IETE-M. Rathore Memorial Award W 2016 r., Złoty medal Systems of India National Systems w 2016 r., Oraz Dei’s Distinguished Alumni Award w 2021 r., Otrzymał także osiem najlepszych nagród na konferencjach międzynarodowych i krajowych. Opublikował ponad 200 artykułów badawczych w renomowanych czasopismach i postępowaniach konferencyjnych, 11 rozdziałach książek i ma sześć brytyjskich patentów projektowych na temat technologii dronów. Przewodniczył 8^th Światowa Konferencja i Expo on Nanoscience and Nanotechnology, Philadelphia, USA w 2020 r. Dostarczył Międzynarodowy Rok Światła Światła podczas konwokacji Międzynarodowej Rady Akademii Inżynierii i Nauk Technologicznych Inc. (CAET), w 2015 r., I Był zaproszonym mówcą na dorocznym spotkaniu American Physical Society w 2008 roku. Jest redaktorem naczelnym IEEE Access, gościnnym redaktorem wydania specjalnego z marca 2011 r. Na temat komputerów optycznych w obwodach IET, urządzeń i systemach (UK), starszy Członek IEEE i członek Indian National Academy of Engineering, National Academy of Sciences, India, IETE (Indie), SPIE i Optica oraz wybitny członek optycznego Towarzystwa Indii.

Dr. Himanshu Bansal otrzymał B SC. z Dr Br Ambedkar University, Agra, Indie w 2015 r., MSC. w dziedzinie fizyki i doktoratów z Dayalbagh Educational Institute, Agra, Indie odpowiednio w 2017 i 2023 r. Otrzymał nagrodę Indian Science Congress Association Young Scientist Award in Physical Science w 2023 roku, nagrodę za pracę doktorską na 6^th Międzynarodowe warsztaty IEEE na temat ostatnich postępów w fotonice w IIIT Allahabad w 2023 r., Dwie najlepsze nagrody papierowe na międzynarodowych konferencjach w fotonice i DST-Inspire Fellowship w latach 2012-2022. Obecnie jest współpracownikiem badawczym w Center for Neuroscience, Indian Institute of Science, Bengaluru.

Gur Pyari otrzymał BSC., (Hons.) W Physics and M.Sc. Fizyka z Dayalbagh Educational Institute, Agra, Indie odpowiednio w 2016 i 2018 r. Jest uczonym w Departamencie Fizyki i Informatyki, DEI, Agra, Indie. Otrzymała nagrodę Best Paper na 6^th Międzynarodowe warsztaty IEEE na temat ostatnich postępów w fotonice (WRAP) w IIIT Allahabad w 2023 r. Była pracownikiem naukowym UGC-SAP z lat 2018-2022 i jest laureatką stypendiów Junior i Senior Research przez Departament Nauki i Technologii, rząd Indie, od 2022-25.