[Optogenetics and prosthetic treatment of retinal degeneration]
- PMID: 26310015
- DOI: 10.17116/oftalma2015131399-111
[Optogenetics and prosthetic treatment of retinal degeneration]
Abstract
This is a review of the current state of optogenetics-based research in the field of ophthalmology and physiology of vision. Optogenetics employs an interdisciplinary approach that amalgamates gene engineering, optics, and physiology. It involves exogenous expression of a light-activated protein in a very particular retinal cell enabling regulation (stimulation vs. inhibition) of its physiological activity. The experience with gene therapy came in very useful for optogenetics. However, unlike gene therapy, which is aimed at repairing damaged genes or replacing them with healthy ones, optogenetics is focused on protein genes delivery for further molecular control of the cell. In retina, the loss of photoreceptors is not necessarily followed by neuronal loss (at least ganglion cells remain intact), which determines the practicability of prosthetic treatment. Clinical trials can now be considered, owing to the first successful conversion of ganglion cells of mouse degenerative retinas into artificial photoreceptive cells with ON and OFF receptive fields, which is crucial for spatial vision. The following issues are reviewed here in detail: 1. Choice of cell targets within the degenerative retina. 2. Strategy of utilizing the existing light-sensitive agents and development of new optogenetic tools. 3. Gene delivery and expression in retinal cells. 4. Methods of evaluating the treatment success. 5. Selection criteria for optogenetic prosthetics. The conclusion discusses currently unsolved problems and prospects for optogenetic approaches to retinal prosthetics.
Представлен обзор современного состояния нового направления в офтальмологии и физиологии зрения, основанного на использовании методов оптогенетики. Оптогенетика - междисциплинарное направление, объединяющее генную инженерию, оптику и физиологию. Она позволяет с помощью светоактивируемого белка, ген которого доставляется и экспрессируется в совершенно определенной клетке сетчатки, регулировать светом (активировать или тормозить) ее физиологическую активность. Исключительно полезным для оптогенетики оказался опыт, накопленный при применении генной терапии. Однако, в отличие от генной терапии, призванной заместить или исправить поврежденный ген, задача оптогенетики - доставить в клетку ген светочувствительного белка как молекулярный 'инструмент' управления ею. Возможность оптогенетического протезирования дегенеративной сетчатки определяется тем, что потеря фоторецепторных клеток, как правило, не сопровождается потерей следующих за ними нервных клеток, во всяком случае, ганглиозных клеток. Первые и успешные с точки зрения возможности перехода к клиническим испытаниям шаги сделаны в отношении ганглиозных клеток дегенеративной сетчатки мышей (пигментный ретинит), которые удалось превратить в 'псевдо-фоторецепторные' клетки с ON-OFF рецептивными полями, что принципиально важно для восстановления пространственного зрения. В обзоре подробно рассматриваются следующие вопросы: 1. Выбор клеточных элементов дегенеративной сетчатки для ее оптогенетического протезирования. 2. Стратегия использования существующих и создания новых светочувствительных 'инструментов' для оптогенетического протезирования. 3. Доставка и экспрессия гена (генов) при оптогенетическом протезировании сетчатки. 4. Способы оценки успешности оптогенетического протезирования. 5. Критерии отбора пациентов для оптогенетического протезирования. В заключении обзора обсуждаются нерешенные задачи и перспективность применения оптогенетического подхода для протезирования дегенеративной сетчатки.
Similar articles
-
Prospects of Optogenetic Prosthesis of the Degenerative Retina of the Eye.Biochemistry (Mosc). 2019 May;84(5):479-490. doi: 10.1134/S0006297919050031. Biochemistry (Mosc). 2019. PMID: 31234763 Review.
-
Retinal prosthetics, optogenetics, and chemical photoswitches.ACS Chem Neurosci. 2014 Oct 15;5(10):895-901. doi: 10.1021/cn5001233. Epub 2014 Aug 8. ACS Chem Neurosci. 2014. PMID: 25089879 Free PMC article. Review.
-
Mini-Review: Cell Type-Specific Optogenetic Vision Restoration Approaches.Adv Exp Med Biol. 2018;1074:69-73. doi: 10.1007/978-3-319-75402-4_9. Adv Exp Med Biol. 2018. PMID: 29721929 Review.
-
Optogenetic Strategies for Vision Restoration.Adv Exp Med Biol. 2021;1293:545-555. doi: 10.1007/978-981-15-8763-4_38. Adv Exp Med Biol. 2021. PMID: 33398841 Review.
-
STEM CELL THERAPIES, GENE-BASED THERAPIES, OPTOGENETICS, AND RETINAL PROSTHETICS: Current State and Implications for the Future.Retina. 2019 May;39(5):820-835. doi: 10.1097/IAE.0000000000002449. Retina. 2019. PMID: 30664120 Free PMC article. Review.
Cited by
-
Anion-selective channelrhodopsin expressed in neuronal cell culture and in vivo in murine brain: Light-induced inhibition of generation of action potentials.Dokl Biochem Biophys. 2015;465:424-7. doi: 10.1134/S160767291506023X. Epub 2016 Jan 5. Dokl Biochem Biophys. 2015. PMID: 26728740
Publication types
MeSH terms
LinkOut - more resources
Miscellaneous