Cywilizacja

Algi przywracają wzrok

Ociemniały, 58-letni Francuz z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, po 40 latach choroby nie miał już żadnej nadziei na poprawę. Specjaliści z Francji, USA i Szwajcarii zabawili się w cudotwórców i…

Ewangeliczne obietnice spełniają się – dzięki genetyce – na naszych oczach. Niewidomi widzą. A przynajmniej jeden. Co wiemy z łamów niedawnego „Nature Medicine”. Sprawozdano tam, że zastosowano z dobrym skutkiem terapię opartą o znaną od ponad dekady metodę badania mysiego mózgu, zwaną optogenetyką. Pacjentowi wstawiono w komórki oka gen kodujący światłoczułe białko pochodzące z glonów. – Myślę, że rodzi się nowa dziedzina terapii – powiedział podczas telekonferencji z dziennikarzami kierujący tym międzynarodowym projektem Botond Roska, profesor Uniwersytetu w Bazylei, węgierski neurobiolog specjalizujący się w procesach neurodegeneracyjnych siatkówki.

W Ewangelii według św. Marka, w rozdziale 8, wiersze od 22 do 25, napisano: „Potem przyszli do Betsaidy. Tam przyprowadzili Mu niewidomego i prosili, żeby się go dotknął. On ujął niewidomego za rękę i wyprowadził go poza wieś. Zwilżył mu oczy śliną, położył na niego ręce i zapytał: «Czy widzisz co?» A gdy przejrzał, powiedział: «Widzę ludzi, bo gdy chodzą, dostrzegam ich niby drzewa». Potem znowu położył ręce na jego oczy. I przejrzał on zupełnie, i został uzdrowiony; wszystko widział teraz jasno i wyraźnie”. Opowieść ta jest jedną z kilku, w których Prorok z Nazaretu przywraca wzrok, i nie jedyną, gdy posługuje się do tego swoją śliną (bywa, że zmieszaną z ziemią, co daje błoto przykładane do oczu). To bardzo ciekawe, że przywracanie ludziom wzroku na kartach Ewangelii bywa wieloetapowe i wiąże się częstokroć z jakimiś manipulacjami. Nie wystarczy tylko słowo.
Obraz „Jezus otwiera oczy niewidomemu od urodzenia” włoskiego malarza Duccio di Buoninsegna (1255-1319), członka szkoły sieneńskiej. Datowany na XIV wiek. Fot. Universal History Archive / Universal Images Group via Getty Images
Czym naprawdę widzimy?

Oko samo w sobie to cud „fotowoltaiki”. W siatkówce ludzkiej jest ok. 120 milionów komórek zwanych pręcikami, dzięki którym widzimy świat biało-czarny i 6 mln czopków, dających nam wrażenie kolorów. Gdyby oko było kamerą cyfrową, miałoby rozdzielczość 576 megapikseli. Dla porównania: w aparatach fotograficznych są matryce o rozdzielczościach od kilku do 80 megapikseli. Największe matryce stosowane w obserwatoriach astronomicznych mają od 65 do ponad 100 megapikseli.

Pręcik jest stukrotnie czulszy na światło od czopka i zdolny jest teoretycznie zareagować na pojedynczy foton. Informacja taka z fotoreceptorów siatkówki (promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 400-700 nanometrów, tu jest owa część „foto”) jest zamieniana na chemiczną i przekazywana dalej w ramach komórek dwubiegunowych i horyzontalnych do tzw. komórek amakrynowych i neuronów zwojowych, które to zamieniają ostatecznie sygnał chemiczny w elektryczny potencjał czynnościowy (tu jest owa „woltaika”). Ten neuronami pośredniczącymi biegnie do nerwu wzrokowego i z nim do mózgu, a mianowicie wzgórza oraz kor wzrokowych (pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowej). Właściwie poprawnie należałoby powiedzieć, że siatkówka, nerwy pośredniczące i nerw wzrokowy są po prostu integralną częścią mózgu. Czego nie da się np. powiedzieć o naszym uchu wewnętrznym i nerwie słuchowym. Te są wobec mózgu zewnętrzne.

Zanim jednak napiszę o wspomnianej na początku genetycznej manipulacji przywracającej wzrok, spróbujmy pomyśleć o tym problemie filozoficznie. Jak realnie widzieliby świat niewidomi, którym nagle by przywrócono wzrok? Czy rozpoznaliby wyłącznie wzrokiem przedmioty, których kształty rozróżniali za pomocą dotyku? – zapytał pod koniec XVII wieku w prywatnym liście do Johna Locke’a irlandzki myśliciel William Molyneux, którego żona była niewidoma. To było nie tylko pytanie o jakiś konkret, ale także o granice poznania oraz realność istnienia tego, co poznajemy.
Niewidomy „ogląda” rękoma kopię obrazu Goi „Parasol” w Muzeum Prado w Madrycie Hiszpański projekt „Hoy toca el Prado” (Dotknij Prado) z 2015 roku pozwalał niewidomym lub niedowidzącym zwiedzać własnymi rękami kopie sześciu arcydzieł, powstałe przy użyciu techniki zwanej Didu, która nadaje obrazom fakturę i objętość. Fot. Pablo Blazquez Dominguez/Getty Images
Odpowiedź na to wielkie zagadnienie, które poruszali w swych pracach chociażby Denis Diderot czy George Berkeley – zwane do dziś w filozofii, psychologii i neurobiologii „problemem Molyneauxa” – przyszła niedługo potem, wraz z pierwszą operacją usunięcia katarakty. Okazało się, że bez specjalnych ćwiczeń pooperacyjnych trwających krótko, bo około tygodnia, pacjent nie jest zdolny dokonać natychmiastowej asocjacji pomiędzy tym, co „widział” dotykiem, a tym, co widzi oczyma.

Fakty ustalone eksperymentalnie (także w obserwacji noworodków i niemowląt) [1] wskazują na kilka bardzo ważnych elementów, dotyczących naszego zmysłowego poznania. Po pierwsze, jeden zmysł potrafi zastąpić inny, jednak wzrok jest tu kluczowy. Nasz mózg „myśli” obrazami. Wspaniale to wyraża słowo „wyOBRAŹnia”. Ostatecznie i de facto widzi (słyszy, dotyka, smakuje) nasz mózg i robi to w sposób niemodalny, gdy tymczasem narządy zmysłów działają modalnie. Pomyłka „na receptorze”, niczym brak odbioru sygnału przez antenę, wynikać może jedynie z jego uszkodzenia. Natomiast pomyłka mózgu – np. złudzenie – może wynikać np. z braku lub nadmiaru stosownych odniesień czy braku treningu w rozpoznawaniu danego typu sygnału.

Gdy zatem receptor (siatkówka oka) jest uszkodzony, nie będziemy widzieć, ale mózg nasz jest do tego zdolny i przygotowany. Oczywiście im jest młodszy, tym bardziej jest plastyczny, tym większa szansa, że choć nieczęsto stymulowane, tkwią w nim stosowne neurony, co da szansę na wytworzenie się podczas treningu niezbędnych między nimi połączeń – synaps. Podstawowa diagnoza okulistyczna zatem musi stwierdzić, czy nie widzi nasze oko, czy ośrodki wzrokowe w mózgu.

Mikroprocesory i… mysz

Aby naprawić lub zastąpić niewidzące oko jest co najmniej kilka naukowych pomysłów. Od operacji chirurgicznych, przez inwazyjne wszczepianie do oka lub mózgu implantów, np. Argus II (specjalnych urządzeń, opartych o mikrokamery i mikroprocesory, zdolnych do elektrycznej stymulacji konkretnych obszarów mózgu
[2]) aż po urządzenia, w których impulsy z kamery zastępuje stymulacja receptorów czuciowych umieszczonych na skórze [3].
Do tego wachlarza metod, czasem już szeroko stosowanych w klinice, a czasem jedynie eksperymentalnych, właśnie dołączyły genetyczne modyfikacje. Co więcej – przywracają wzrok osobie dorosłej, a nawet da się powiedzieć leciwej, od lat cierpiącej na chorobę degeneracyjna siatkówki, niemal całkowicie niewidomej.

Nie jest jednak tak, że specjaliści od percepcji wzrokowej z Francji, USA i Szwajcarii, którzy zabawili się w cudotwórców i na razie częściowo, ale przywrócili wzrok jednemu pacjentowi ¬– mężczyźnie lat 58, od 40 lat cierpiącemu na barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, zatem zasadniczo ociemniałemu z powodu zaniku komórek fotoreceptorowych¬ – wymyślili od początku do końca jakąś genetyczną manipulację. Optogenetyka jest metodą stosowaną od lat przez neuronauki w celu poznania, jak działa mózg.

W skrócie działa to właśnie „fotowoltaicznie” – czyli fotony mogą doprowadzić do powstania elektrycznego potencjału czynnościowego. A to jest właśnie sposób, w jaki pracuje mózg. Całe to skomplikowane myślenie, pamięć, wyobrażenia to… sporo dobrze skontrolowanego prądu elektrycznego, płynącego wzdłuż neuronów. O czym laików – i słusznie – przekonywał film „Matrix”. Trzeba zatem zrobić transgeniczną mysz, która uzyska w neuronach zdolność do odbioru fotonów. Wtedy da się w sposób kontrolowany jakieś wybrane neurony stymulować światłem do działania (lub zaprzestania działania) i patrzeć na mysie reakcje [4].

Geny, które są stosowane w optogenetyce, kodują najczęściej tzw. opsyny, a pochodzą z zielonych glonów lub archebakterii. W przypadku terapii eksperymentalnej opisanego na łamach „Nature Medicine”, wykorzystano gen kodujący glonie białko ChrimsonR, wsadzony w wektor adenowirusowy (czyli taki mniej więcej, jak w szczepionkach Vaxzevria ¬– AstraZeneca, Janssen ¬– Johnson & Johnson, czy Sputnik V). Tak przygotowaną substancje terapeutyczną wstrzykiwano wprost do oka bardziej dotkniętego degeneracją siatkówki.
Ociemniały Francuz poddany „terapii z alg”. Jego oko leczone genetycznie glonowym światłoczułym białkiem, dzięki specjalnym goglom i treningowi nauczyło się znów widzieć. O tym, co się z nim dzieje, opowiadał uczonym, którzy filmowali fazy eksperymentu. Fot. printscreen z nagrania umieszczonego przy artykule opisującym eksperyment w „Nature Medicine”
Na tym jednak nie koniec. Było oczywiście niezbędnym stymulowanie wzroku światłem, za pomocą specjalnie opracowanych gogli. Te cuda elektroniki wykrywały lokalne zmiany natężenia światła i wysyłały korespondujące z nimi pulsy świetlne na siatkówkę w czasie rzeczywistym. Owe pulsy świetlne aktywowały podany wcześniej preparat optogenetyczny. Ten preparat był w stanie się przedostać do komórek neuronów zwojowych siatkówki – czyli dokładnie tam, gdzie sygnał chemiczny, wynikły z pobudzenia fotonami, zamieniany jest na sygnał elektryczny, wędrujący dalej w głąb mózgu. Podaje się go dużo, istnieje nadzieja, że takich iniekcji nie trzeba będzie często powtarzać.

W ten sposób owo jedno oko, które było leczone genetycznie glonowym światłoczułym białkiem, dzięki specjalnym goglom i kilkumiesięcznemu treningowi polegającemu m.in. na dotykaniu znajdujących się przed pacjentem przedmiotów i jednoczesnym ich obserwowaniu, nauczyło się znów widzieć. Czyli postrzegać, umiejscawiać, liczyć, a nawet identyfikować obiekty, takie jak tablet. Pacjent zaczął też widzieć przejścia dla pieszych i postacie ludzi, którzy przechodzą. O wszystkim tym z entuzjazmem opowiadał uczonym, nie mniej od niego rozentuzjazmowanym. Bo trzeba wiedzieć, że w laboratorium jest impreza i radosne podskoki, a i wino musujące leje się strumieniem, gdy udaje się uzyskać jakiś fenomenalny wynik. A ten jest fenomenalny.

Zarówno oko, w które wstrzyknięto jedynie kontrolę, jak i oko leczone glonowym białkiem, ale pozbawione gogli, nie są w stanie widzieć. Terapia nie wymaga drogiej i niebezpiecznej operacji oka, a komfort codziennego życia pacjenta ulega stopniowej poprawie, na którą po 40 latach choroby wspomniany Francuz nie miał już żadnej nadziei.

Jednak ani ten optogenetyczny lek, ani sama iniekcja, ani nawet te gogle to nie jest jakiś niesamowity, nieosiągalny „rocket science”. To jeden ze znaków czasu, gdy „głusi znów słyszą, niewidomi widzą”. Jeśli takie cuda (oficjalna nazwa: terapia optogenetyczna) nie zmienią wyłącznie negatywnego podejścia wielu z nas do inżynierii genetycznej, to nie bardzo wiem, co miałoby do tego doprowadzić.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Przywrócony wzrok

Naukowcy wymusili regenerację mysiej siatkówki – ślepe gryzonie odzyskały widzenie. To ma być przełom w leczeniu jaskry, uszkodzeń rdzenia, a nawet Alzheimera.

zobacz więcej
Przypisy:

[1] Noworodek na początku nie rozpoznaje kolorów i widzi bez głębi (czyli dwuwymiarowo) oraz jedynie w odległości do ok. 30 cm. Najpierw w eksploracji przestrzeni posługuje się zatem niemal wyłącznie dotykiem – i dlatego ważna jest tego typu stymulacja, te różne podwieszane na odległość ręki zabaweczki – a dopiero ok. 3-5 miesiąca życia zaczyna preferować wzrok do eksploracji świata. wróć

[2]. To podejście inwazyjne (operacja chirurgiczna), gdzie albo wszczepiana jest jakaś elektroniczna forma siatkówki, albo w stosownym miejscu kory mózgowej umieszcza się macierz elektrod, aktywowanych przez impulsy elektryczne z mikrokamery. Operacja jest zawsze ryzykowna, a widzenie jak dotąd było ograniczone do kontrastu światła i ciemności – tzw. fosfenów. wróć

[3]. Wykorzystuje się pola na brzuchu i pod językiem, sygnałem jest pole wibrujących lub naciskających na skórę miniaturowych stymulatorów, odwzorowujących widziany przez kamerę obraz. Jak bardzo nie wydawałoby nam się to cudowne, skóra może zastąpić oko, a mechanoreceptory będą spełniać rolę fotoreceptorów, o ile podczas treningów nauczymy mózg o co chodzi. wróć

[4]. Uzyskuje się przez wprowadzenie do mysich neuronów (lub zarodków) genu kodującego światłoczułe białko z rodziny opsyn, np. na wektorze wirusowym. Białko to wbudowuje się w błonę komórkową komórki nerwowej i pod wpływem światła wywołuje jej pobudzenie lub zahamowanie. wróć

Źródło:

https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4
Zdjęcie główne: Obrazy dla osób niedowidzących w Muzeum Prado w Madrycie. Niewidomy przechodzi od czytania tekstu w alfabecie Braille'a do kopii „La Gioconda” Da Vinci, by „zobaczyć” ją rękoma. Hiszpański projekt „Hoy toca el Prado” (Dotknij Prado) z 2015 roku pozwalał niewidomym lub niedowidzącym zwiedzać własnymi rękami kopie sześciu arcydzieł, powstałe przy użyciu techniki zwanej Didu, która nadaje obrazom fakturę i objętość. Fot. Pablo Blazquez Dominguez/Getty Images
Zobacz więcej
Cywilizacja Poprzednie wydanie
Jak eurokraci usiłują przejąć kontrolę nad Polską
Jan Rokita: Chodzi o oddanie rządów – przynajmniej na jakiś czas – zaufanym funkcjonariuszom instytucji unijnych.
Cywilizacja Poprzednie wydanie
Futbol podrasowany złymi emocjami
Ludzie Bońka są usuwani z PZPN, u jego następcy znaleziono podsłuch. Selekcjoner odmówił oglądania meczów na stadionach Ekstraklasy.
Cywilizacja Poprzednie wydanie
Czy odtworzenie wymarłych gatunków uzdrowi Ziemię?
„Zrobienie” mamuta i innych dawnych zwierząt ma odbudować ekosystemy.
Cywilizacja Poprzednie wydanie
Kryzys graniczny. Kto zarabia na migrantach?
Niezależne białoruskie portale piszą o paraliżu migracyjnym na mińskim lotnisku i w coraz większej liczbie miast.
Cywilizacja wydanie 8.10.2021 – 15.10.2021
Stanowe wojenki z Waszyngtonem w tle
Aborcja, podatki, marihuana, koncerny i uchodźcy.