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Aug 09, 2023

#SpaceWatchGL 夏の読書: マイクロの不思議

網膜疾患による失明者は世界中で 2 億人以上に上り、その数は 2040 年までに 2 億 9,000 万人に達すると予想されています。最も一般的な 2 つの網膜変性疾患は、

網膜疾患による失明者は世界中で 2 億人以上に上り、その数は 2040 年までに 2 億 9,000 万人に達すると予想されています。最も一般的な 2 つの網膜変性疾患は、網膜色素変性症と加齢黄斑変性症 (AMD) と呼ばれています。 網膜色素変性症は、世界中で 150 万人が罹患しています。 それは周辺視野が暗くなることから始まり、完全に失明するまで続きます。 AMDは米国だけでも55歳以上の3000万人に影響を与えており、そのうち1000万人が失明段階にある。 AMDは中心視野が暗くなることから始まり、最終的には完全に失明します。 損傷した視神経のために当初開発されたソリューションは、主に電子ベースの補綴物（眼球の生体工学的代替品）でしたが、15万ドルの費用がかかり、侵襲的な脳手術が必要であったことに加えて、視神経を介して送信された信号から一連の全体的な明ピクセルと暗ピクセルを返しました。 、自然な機能的視覚に勝るものはありません。 バイオテクノロジーはより良い解決策を見つけられるでしょうか?

私たちの網膜は、錐体と桿体と呼ばれる何百万もの光受容体によって形成された目の奥の薄い層です。 日中、私たちは青、緑、赤が見える錐体を通して色を認識します。 夜になると、網膜が杆体に切り替わり、夜間に特有の灰色がかった視覚を私たちに与えます。 コーンは 600 万個、ロッドは 1 億 2,000 万個あります。 これらの光受容細胞は、光子によって刺激されると、網膜のさらに後方に位置する他の細胞、すなわち、最初に双極細胞、次に神経節細胞に電気化学信号を送って反応し、その網目状の軸索が視神経を形成します。 脳による処理のために視神経に送信された信号は、私たちが自然な視覚として認識するものを与えます。

過去 10 年間、網膜を成長させるためのいくつかの選択肢が米国と日本 (理化学研究所) で研究されてきました。 当初、この主なバイオテクノロジーのアプローチは、自然の錐体と桿体パターンを再構築しようとするものでしたが、これは非常に難しいようで、有効な解決策には至っていませんでした。 しかし代わりに、私たちの自然の錐体を、人工的だが同様に性能の高い光受容体パターンに置き換えてみてはどうでしょうか? 必要なところに到達するために、まず天然の網膜のタンパク質を詳しく見てみましょう。

私たちの網膜の光受容体（錐体と杆体）の構成要素は、「オプシン」と呼ばれるタンパク質の一種です。 オプシンの特性は、発色団として分類される色素分子であるレチナールと呼ばれる物質に由来しており、これは光子のエネルギーを吸収する分子を意味します。 オプシンタンパク質は錐体と杆体内に位置し、光によって活性化される視覚を生成します。 「オプシン」は錐体に「フォトプシン」として存在し、青、緑、赤の色の昼間の視覚を可能にします。 しかし、直観に反するのですが、解決策をもたらしたのは、杆体に含まれ、暗視に適したタンパク質「ロドプシン」でした。

ロドプシンと同様の特性を持つ天然のタンパク質源を見つけることはできるでしょうか?

合成網膜を超える主なアイデアは、元の錐体と桿体のパターンを再構築しようとする代わりに、この破壊されたモザイクを、同じ光受容体の特性を持つタンパク質を含む新しい合成層で置き換えたいということです。 しかし、網膜フォトプシンやロドプシンを生成する方法はわかりません。 そして、視神経を介して適切な電気化学信号を脳に正確に伝達する能力を再設計する必要があります。 これらの光受容体 (1 億 2,000 万個の杆体と 600 万個の錐体) が、ロドプシン対フォトプシンに有利な 95/5 の桿体/錐体比で網膜上にモザイク層を形成していることを知っているので、最初にロドプシンの方向に注目したいと思います。

問題は、ロドプシンに似た性質を持つ天然のタンパク質源を見つけられるだろうかということです。 そのタンパク質を合成して精製し、それを構成要素として使用できれば、適切な形式の電気化学信号を視神経を介して脳に伝達する光受容体ブランケットを製造できるかもしれません。 その毛布は、破壊された錐体と桿体のモザイクの代わりとして機能し、ある程度の機能的な視覚をもたらします。