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    光遺傳學(xué)誕生后的頭十年，大大推動(dòng)了人們對正常和病理性神經(jīng)回路的理解。今后的十年，光遺傳學(xué)將迎來(lái)與轉化醫學(xué)的聯(lián)姻，為疾病治療帶來(lái)新的機遇。
 

    日前，來(lái)自倫敦大學(xué)學(xué)院（University College London）與倫敦國王學(xué)院（King's College London）的研究人員像人們展示了這樣一個(gè)范例，他們將光遺傳學(xué)工具與再生醫學(xué)知識結合起來(lái)，在周?chē)窠?jīng)損傷的小鼠模型中恢復了肌肉的功能。相關(guān)研究論文刊登在了近期出版的《科學(xué)》（Science）雜志上。

    光遺傳學(xué)實(shí)驗面臨的第一個(gè)問(wèn)題是，如何在目的細胞群體中實(shí)現視蛋白 opsin 的穩定表達。 研究人員對小鼠的胚胎干細胞進(jìn)行了基因工程改造，使其穩定表達 ChR2 蛋白， ChR2 是一種對藍光敏感的陽(yáng)離子通道。隨后他們在體外誘導這些細胞分化，形成具有光遺傳學(xué)活性的運動(dòng)神經(jīng)元。當這些 ChR2 運動(dòng)神經(jīng)元受到藍光照射時(shí)，就會(huì )被激活。
 

    研究人員通過(guò)結扎坐骨神經(jīng)，構建了肌肉失去神經(jīng)支配的小鼠模型，并將含有 ChR2 運動(dòng)神經(jīng)元的擬胚體移植到小鼠體內。他們將這些小鼠麻醉，用藍光照射移植位點(diǎn)，成功恢復了小鼠腿部肌肉的功能。研究顯示，移植的 ChR2 運動(dòng)神經(jīng)元能夠在小鼠體內生存和成熟，幫助小鼠重新控制腿部肌肉。他們指出，這種光遺傳學(xué)**可以實(shí)現運動(dòng)單位的“有序募集”,與正常的生理活動(dòng)非常類(lèi)似。而采用電**時(shí)，運動(dòng)單位的募集往往是逆向或隨機的。

    這項研究開(kāi)辟了許多新的研究方向，例如可以嘗試在非麻醉的小鼠體內實(shí)現光激活的肌肉功能恢復。要在自由活動(dòng)的動(dòng)物體內進(jìn)行持續的光遺傳學(xué)**，就需要使用植入性的長(cháng)期發(fā)光裝置。
 

    這項最新研究顯示， ChR2 運動(dòng)神經(jīng)元的終板（endplate）存在一定畸形，這可能是因為移植后的神經(jīng)元一開(kāi)始并沒(méi)有活性。而長(cháng)期性的植入裝置，可以在移植后立刻激活神經(jīng)元，避免這樣的畸形。另外，如何讓移植神經(jīng)元長(cháng)期存活，也是一個(gè)重要的問(wèn)題。

    研究人員描述的這種細胞移植方案也可以用來(lái)治療其他類(lèi)型的神經(jīng)學(xué)疾病。不過(guò)，在成功實(shí)現光遺傳學(xué)治療之前，人們還需要攻克一些難題。舉例來(lái)說(shuō)，人們需要將光遺傳學(xué)技術(shù)從鼠類(lèi)模型應用到非人類(lèi)的靈長(cháng)動(dòng)物，尤其是大腦以外的神經(jīng)回路。在病毒載體、細胞移植法等不同遞送策略下， opsin 表達的長(cháng)期安全性也有待評估。此外，人們還需要開(kāi)發(fā)機體能夠耐受的植入性發(fā)光設備，進(jìn)一步改善 opsin 蛋白的光敏感性和其他特性。

    盡管前方還存在著(zhù)不少挑戰， 這項研究仍舊是光遺傳學(xué)走向臨床的重要一步。