综述：视网膜假体领域中的关键光遗传学进展：一项比较性叙述性综述

《Brain Organoid and Systems Neuroscience Journal》：Key optogenetic advances in retinal prostheses: A comparative narrative review

光遗传学视网膜假体通过基因工程植入 opsins（如 ChR2）恢复光敏感性和高分辨率视觉，FlexLED 设备等创新技术提升临床应用，但仍需解决 opsins 敏感度、基因递送及长期疗效问题。

　　

Laila Zahran|Reham H. Elnabawy

埃及新吉萨大学信息技术学院

摘要

本叙述性综述探讨了用于视网膜假体的光遗传学策略，这些策略代表了视觉恢复领域的重大进展，尤其是对于患有色素性视网膜炎和年龄相关性黄斑变性的患者。该综述强调了利用光遗传学刺激来靶向高密度视网膜神经节细胞（RGCs）的方法，重点介绍了如FlexLED设备等发展成果。为了提高视觉恢复效果，工程化了具有更高光敏感性和更快响应速度的视蛋白（如ChR2、ReaChR和ChrimsonR）。结合光遗传学和电刺激可以提高RGCs反应的可重复性和特异性。自适应光学扫描激光检眼镜（AOSLO）等神经成像技术有助于监测细胞活动，从而促进视觉修复方法的发展。然而，在提高视蛋白敏感性、基因传递技术以及确保患者视网膜反应的长期有效性方面仍存在挑战。本综述强调了光遗传学视网膜假体在提供持久有效视觉康复方面的潜力，能够显著改善患者的生活质量。需要进一步的研究来克服当前障碍，例如提高视蛋白敏感性和基因传递技术，以确保患者长期有效的视觉恢复。

引言

视觉对于与环境互动至关重要，但诸如色素性视网膜炎（RP）和年龄相关性黄斑变性（AMD）等视网膜退行性疾病会导致渐进性视力丧失，严重影响患者的日常活动、独立性和生活质量（Wang等人，2021年）。视网膜假体通过电刺激视网膜细胞来诱导视觉感知，但在空间分辨率和复杂性方面存在局限，从而降低了其恢复有效视觉的能力（Wang等人，2021年）。失明还会影响心理健康和社会独立性，并带来巨大的经济负担，包括医疗费用和依赖支持费用（美国国家科学院，2016年）。

光遗传学结合了光学和遗传学原理，正在彻底改变视网膜假体的技术。通过将光敏蛋白（如通道视紫红质）引入视网膜细胞，光遗传学能够恢复光敏感性并实现高分辨率视觉恢复（Al-Atabany等人，2013年）。该领域的基础研究表明，在视网膜神经节细胞中表达通道视紫红质-2可以在光感受器退化的小鼠中恢复视觉反应（Bi等人，2006年）。进一步的进展表明，使用改进的光遗传学工具靶向双极细胞能够提高光敏感性并保留自然视网膜回路（Gaub等人，2014年）。本文回顾了过去十年中关于光遗传学视觉假体的关键研究，重点介绍了它们的方法论和成果。例如，FlexLED植入物可以直接刺激视网膜神经节细胞以实现高分辨率视觉恢复（Dasgupta等人，2023年）。另一项研究通过多种心理物理学测试评估了这些假体的实际效果和局限性（Bansal和Roy，2023年）。还有研究表明，混合光遗传学和电刺激方法可以在小鼠模型中提高空间分辨率（Tong等人，2024年）。与传统假体相比，光遗传学技术更安全、侵入性更小且更具成本效益（Barrett等人，2014年）。在灵长类动物和大规模神经模拟中的进一步研究显示了其在临床应用和视觉分辨率提升方面的潜力（Busskamp等人，2021年；Antolik等人，2021年）。这些研究突显了光遗传学方法在改善视觉障碍患者视觉状况方面的巨大潜力。

方法部分

方法

光遗传学视觉假体是生物医学工程领域的一项重大突破，旨在为严重光感受器退化患者恢复视觉。本综述重点介绍了基于技术重要性和对该领域贡献的光遗传学视网膜假体相关研究。这些研究展示了新的视觉恢复方法，提出了独特的方法论和技术创新，并提供了实验结果。

结果

在本节中，我们探讨了六项开创性光遗传学视觉假体研究的结果，每项研究都为这些技术在视觉恢复方面的潜力提供了独特的见解。表2总结了所有回顾研究中的关键性能指标。

讨论

所讨论的方法有助于解决视觉恢复中的关键挑战，推动了光遗传学视觉假体的发展。结合基因工程、分子可视化和计算机辅助建模技术，为更精确的治疗提供了可能，从而改善了重度失明患者的生活质量。与传统电子假体相比，光遗传学技术具有更低的光强度要求以及更稳定、更高质量的输出。

结论

用于视网膜假体开发的光遗传学技术代表了视觉恢复领域的革命性进展。对六项关键研究的叙述性综述表明，与传统电子假体相比，光遗传学方法具有显著优势，包括更高的空间分辨率（FlexLED设备为8,192像素，而现有电子植入物为60–1,500个电极）、适用于晚期视网膜退化情况，以及更低的能耗要求。

CRediT作者贡献声明

Laila Zahran：撰写初稿并进行正式分析。Reham H. Elnabawy：撰写、审阅和编辑内容，以及验证和监督工作。

伦理批准

本文回顾的所有论文均符合伦理准则，遵守1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修订版或类似的伦理标准。

资金支持

作者们未从任何组织获得本文研究的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文报告工作的财务利益或个人关系。