藻类 DNA 可以帮助盲人重见光明

眼睛的构造

眼睛是灵魂之窗,让我们能将世界上美好的景物都尽收眼底。拥有正常视力的人平常很少会意识到眼睛的重要性,但若今天你被宣告再也看不到了该怎么办?你能想像自己永远活在一片黑暗中的世界吗?

你可曾经想过,我们究竟是如何透过眼睛看见眼前一切事物的呢?

眼睛的构造其实是相当精细的。首先,光线会穿透角膜(cornea)进入眼睛,进到眼睛的光线量由虹膜(iris)所调控,并使瞳孔因应亮度收缩或放大。接着水晶体(lens)会聚焦光线到视网膜(retina)上。

眼睛的构造
眼睛的构造

而视网膜的构造分为 3 层,这 3 层结构处理视觉讯号的顺序,正好和入射光线的方向相反。光线射入眼底后,会先射到最内层的“感光细胞”──视椎(cones)细胞及视杆(rods)细胞,并把光讯号转为电讯号和化学讯号,传给中间层细胞进行处理,处理过的讯号再传给最外层的“神经节细胞”。

视网膜的构造
视网膜的构造

神经节细胞会把各种不同讯号转换为不同频率、不同振幅、不同持续时间的“电脉冲”讯号(electrical impulses),透过视神经(optic nerve)传进大脑,经过整合后,成为我们看到的影像。

 

可怕的眼睛疾病:色素性视网膜炎

色素性视网膜炎(Retinitis Pigmentosa)会对视网膜造成严重的损害,最后导致视力丧失。原因是视网膜内的视杆与视锥的数目锐减而导致。

色素性视网膜炎可能是由于基因上的缺陷所导致,大多数为双眼发病。早期的症状通常在年幼时开始出现,在较昏暗的光线下就会看不清楚。接着会进一步导致视力变模糊、视野窄化(如下图)或失去分辨颜色的能力。在更后期阶段,病患可能只能感受到强光的闪烁,最后这个疾病会杀死视杆细胞及视椎细胞上的光受体,造成永久性的失明。
但现在,科学家研究出新的疗法,可能为盲人带来真正的一道曙光。光遗传学(Optogenetics)协助研究者了解动物脑中的神经元如何对光产生反应,让科学家能更加掌握神经的活动。而这是史上第一次将这个技术利用在人类身上,将有机会帮助盲人再次重见光明。

RestroSense 这家公司利用韦恩州立大学(Wayne State University)的科学家 Zhuo-Hua Pan 所做出的研究,将藻类身上对光敏感的 DNA 植入病毒中,再将病毒注入病患的眼睛中央。目标是要让病毒能抵达视网膜最上层的细胞,也就是神经节细胞。一旦病毒开始制造光敏性的蛋白质,神经节细胞便会产生对光反应的讯号。

到目前为止,唯一成功让人类恢复视力的方式是称作 The Argus II 的人工视网膜系统。

 The Argus II
The Argus II

The Argus II 亦被视为仿生眼或移植的视网膜。它提供视网膜电流刺激,以诱发盲人对视觉的感受。这技术被使用在严重的色素性视网膜炎病患身上。与其修复受损的细胞,研究团队将目标放在靠近神经纤维层的神经节细胞。疗程可以使细胞产生具光敏性的蛋白质,并传送受到光刺激而产生的讯号到大脑。这个技术已在盲眼的老鼠身上得到证实,在治疗后盲眼老鼠也会像视力正常的老鼠一样避开强光。

科学家希望能生产至少 10 万个光敏感细胞,这些细胞能带来一定程度的视力提升。但事实上,在真正治疗前,科学家无法得知患者的视力能改善多少,而这项技术也有一定的限制。藻类细胞只对蓝色敏感,因此他们预测患者可能只能辨别黑白两色。

另外,藻类细胞对光的敏感度依然不及健康的视网膜,因此研究者认为患者在明亮的阳光下才能看得清楚。但若这项技术成功了,研究者便可以让患者配戴增强光强度的眼镜(light-magnifying goggles)来解决亮度不够的问题。

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