导致失明的疾病通过损害光感受器细胞，造成持久的视力损伤，而人类无法自行再生这些细胞。虽然科学家们正在探索更换或再生这些细胞的创新策略，但一个关键问题依然存在：再生的光感受器能否完全恢复视力？由德累斯顿工业大学再生治疗中心（CRTD）的迈克尔·布兰德教授领导的研究团队在这一领域取得了显著进展。通过研究以自然再生光感受器而闻名的斑马鱼，团队发现新形成的光感受器的功能与原始光感受器完全相同，使得鱼类能够恢复完全的视力。他们的研究结果发表在期刊《发展细胞》上，为旨在替代光感受器的治疗前景提供了令人振奋的展望。
视觉是一种复杂的感官，依赖于视网膜，视网膜是位于我们眼睛后部的复杂神经组织层，作为大脑的延伸。视网膜内有光感受器细胞，它们感知光线并将其转化为电信号。不幸的是，在人类中，这些光感受器一旦受损便无法被替代。当它们丧失时，会导致不可逆转的视力丧失。
目前正在开发的治疗，如德累斯顿的CRTD，专注于替换受损的光感受器以恢复视力。这一过程是通过刺激视网膜内的干细胞转化为新的光感受器，或者通过移植在体外培养的光感受器来实现的。
与人类不同，斑马鱼具有非常卓越的再生神经系统的能力，甚至在严重受伤后也能再生。它们能利用位于视网膜中的特化干细胞——穆勒胶质细胞，再生光感受器。这一非凡能力使斑马鱼成为研究如何通过光感受器再生来恢复视力的最佳模型。
“哺乳动物的视网膜，包括人类的视网膜，具有类似的穆勒胶质细胞，但这些细胞在进化过程中失去了再生能力。考虑到相似性，未来可能有针对治疗用途重新发现这种再生能力的潜力，” 布兰德教授解释说，他在CRTD领导了这项研究。“然而，关键是要评估新创建的光感受器是否能够像原始的那样正常工作。”
实现突破性的测量
多年来，已经确定斑马鱼可以成功再生受损的视网膜，且新的光感受器与原始的完全相同。多个研究团队，包括布兰德教授的团队，开发了行为评估，证实鱼类在再生后恢复了一定程度的视力。然而，这些评估无法直接测量光感受器功能的恢复程度。
“确定视力是否真的恢复的最彻底的方法是直接衡量视网膜细胞的电活动。光感受器是否对不同光颜色有正确反应？它们的电活动水平是否相似？它们是否与邻近细胞相互连接？信号是否有效传递？所有标准电路是否工作正常？” 布兰德教授表示。
为解决这些问题，布兰德团队利用一种基因改造的斑马鱼，采用先进的显微镜技术观察光感受器突触的活动，光感受器与其他神经细胞连接并传递电信号的地方。
然而，评估再生光感受器的功能存在显著挑战。光感受器将光转化为电信号，但使用光观察细胞时，显微镜技术同时也会刺激细胞。这一技术难题几乎看似不可克服。在来自英国萨塞克斯大学的汤姆·巴登教授和德累斯顿大学分子和细胞生物工程中心光显微镜设施负责人海拉·哈特曼博士的帮助下，团队成功构建了一种定制显微镜，使他们能够在不同光色下分离刺激与观察和测量，从而克服了这一障碍。
得益于这一先进的设备，布兰德团队能够证明再生的光感受器有效地恢复了正常的生理性能。它们对不同波长的光作出反应，将电信号传递给邻近细胞，并以与完整光感受器相同的灵敏度、质量和速度进行。
未来的希望之光
“恢复光感受器功能的所有方面，加上我们之前在视觉控制行为方面的工作，从分子层面证实鱼类能够完全感知周围环境，”布兰德教授表示。
“考虑到人类和鱼类共享普遍的进化背景，拥有大多数相同的基因和细胞类型，我们希望人类能向斑马鱼学习这一‘再生技巧’。需要强调的是，在这一阶段，我们的研究主要是基础科学。在这一应用于临床的过程中还有很长的路要走。然而，如果我们能够利用人类视网膜中已经存在的干细胞实现功能再生，这将对目前难以治疗的疾病如视网膜色素变性或黄斑变性等治疗环境产生重大转变。这项研究让我们更接近这一愿景，”布兰德教授总结道。
