PLOS ONE：视网膜变性的模拟新疗法

近几年以来，光遗传学技术一直被视为是渐进式失明的一种很有前途的疗法。为了进一步发展这种治疗方法，德国蒂宾根大学的科学家们，采用一个计算机模型，研究了能成功改善视觉恢复的光敏感通道的特性，这项研究发表在11月27日的PLOS ONE杂志上。

　　

生物通报道：近几年以来，光遗传学技术一直被视为是渐进式失明——例如当其是视网膜变性的一个后果——的一种很有前途的疗法。为了进一步发展这种治疗方法，德国蒂宾根大学综合神经科学Werner Reichardt中心（CIN）和计算机神经科学伯恩斯中心（BCCN）的Marion Mutter和项目带头人Thomas Münch，共同开发了一种计算机模型，模拟光遗传视觉。这项研究发表在11月27日的PLOS ONE杂志上。

视网膜色素变性，是视网膜变性的一种，在这种条件下，眼睛的光感受器相继死去。为了抵消光感的附带损失，称为光敏感通道蛋白的光敏蛋白，能通过一种光遗传学程序，被引入到视网膜中。包含光敏感通道蛋白的每个细胞，能通过暴露于光而被激活。经过光遗传学技术治疗后，邻近的细胞能接替光感受器失去的功能。这种程序已经成功应用于小鼠的视觉恢复。因此，在过去的几年里，已经奠定了采用光遗传学技术来治疗失明的基础。

然而，这种方法也有其局限性。人的视觉通常能很好地处理环境中反差极大的亮度级——我们能看到从微弱的星光到耀眼的阳光范围内的任何东西。相反地，含有光敏感通道蛋白的“光遗传学视觉”，只能在非常明亮的阳光下发挥作用——至少含有目前已经开发的光敏感通道蛋白的变体。

光敏感通道蛋白的性能改善是有希望的，尤其是从发展人类潜在的未来应用的角度来看。研究者开发和利用一种计算机模型，来研究如何完成这些性能的改善。利用这个模型我们能够评估，不同的光敏感通道蛋白变体，将如何支持视觉的恢复。Marion Mutter解释说：“当一种分子被光激活时，它通过一组定义的状态进行循环，最终决定接受治疗的眼睛的光反应。”以前，光敏感通道蛋白的性能改善，主要是追求开展基本的神经生物学问题的研究。Marion Mutter和Thomas Münch说：“我们的结果显示，光遗传学视觉，将受益于完全不同的性能改善，而这些不同的性能改善一直都被人忽视了。”

光敏感通道蛋白的这些性能改善会对视觉产生什么样的影响？Thomas Münch说：“根据我们的计算，在比目前可能的亮度条件暗100倍的亮度条件下，他还有可能看到。”根据他的估计，这将使接受光遗传学技术治疗的患者，不仅能够在阳光中看到事物，而且在一个光线好的房间内也能看到事物。Münch说：“在这些亮度级水平上，我们利用经典的光敏感通道蛋白分子，达到了生物物理学的无限可能。然而，在这项研究中，我们也指出了为什么存在这些极限，因此，这为未来新类型的性能改善提供了一个方向。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Strategies for Expanding the Operational Range of Channelrhodopsin in Optogenetic Vision
Abstract：Some hereditary diseases, such as retinitis pigmentosa, lead to blindness due to the death of photoreceptors, though the rest of the visual system might be only slightly affected. Optogenetics is a promising tool for restoring vision after retinal degeneration. In optogenetics, light-sensitive ion channels ("channelrhodopsins") are expressed in neurons so that the neurons can be activated by light. Currently existing variants of channelrhodopsin – engineered for use in neurophysiological research – do not necessarily support the goal of vision restoration optimally, due to two factors: First, the nature of the light stimulus is fundamentally different in "optogenetic vision" compared to "optogenetic neuroscience". Second, the retinal target neurons have specific properties that need to be accounted for, e.g. most retinal neurons are non-spiking. In this study, by using a computational model, we investigate properties of channelrhodopsin that might improve successful vision restoration. We pay particular attention to the operational brightness range and suggest strategies that would allow optogenetic vision over a wider intensity range than currently possible, spanning the brightest 5 orders of naturally occurring luminance. We also discuss the biophysical limitations of channelrhodopsin, and of the expressing cells, that prevent further expansion of this operational range, and we suggest design strategies for optogenetic tools which might help overcoming these limitations. Furthermore, the computational model used for this study is provided as an interactive tool for the research community.