Ін’єкція “суперзору” розширила межі видимого світла у ссавців

Науковці з Медичної школи Массачусетського університету розробили препарат, який дозволяє ссавцям тимчасово бачити світло в інфрачервоному спектрі, перетворюючи його у видиме. Для цього були застосовані сучасні нанотехнології, які мають високу біосумісність.

Це схоже на технології майбутнього з фантастичного фільму або на сюжет з коміксу. Де головний герой є піддослідним у таємній лабораторії, отримує силу суперзору та набуває знатності бачити у темряві. Але ця історія не така вже й далека від реальності.

Інфрачервоне випромінювання від коня, перетворене у видиме світло, через тепловізор.

На жаль, людське око, як і мишаче, бачить світло у дуже вузькому діапазоні, з довжиною хвилі не більше 700 нм. Та науковці вирішили спробувати створити технологію, яка б могла розширити межі видимого. Хоча б настільки, щоб побачити ближнє інфрачервоне (ІЧ) випромінювання, в цьому разі – з довжиною хвилі понад 980 нм. Таке випромінювання ми можемо бачити лише через тепловізори.

Надздібність з однією ін’єкцією

Вчені створили наночастинки, що зв’язуються з фоторецепторами сітківки ока та діють як мініатюрні перетворювачі енергії. Вони здатні перетворювати невидиме для ссавців ближнє інфрачервоне світло в короткохвильове видиме випромінювання.

Препарат вводили ін’єкцією у субретинальний простір сітківки мишей – між шаром, де розміщені фоторецептори колбочки та палички, та шаром пігментного епітелію.

Субретинальні ін’єкції є поширеною офтальмологічною процедурою і в тварин, і в людей. Незначні побічні дії, такі як невелике запалення, помутніння рогівки, тощо, спостерігалися в деяких піддослідних і є звичайним явищем при будь-яких субретинальних ін’єкціях. Зазвичай, вони зникають через кілька днів після втручання. Дія препарату тимчасова, і після 2 тижнів ефект від ін’єкції знижувався, а згодом – наночастинки вже не проявляли ніякого впливу на зір мишей.

Після уколу наноантени успішно прикріпилися та зв’язалися з фоторецепторами мишачої сітківки. Була також і контрольна група мишей, яка отримала ін’єкції лише пустого сольового розчину.

На початку дослідження для того, щоб перевірити, чи з’явився у мишей суперзір, вчені світили на сітківку  ближнім інфрачервоним випромінюванням. Потім використали два прості методи: електроретинограму та наявність зорових викликаних потенціалів. Електроретинограма показує, чи є електричний відгук від нервових клітин сітківки у відповідь на світлові подразники. Зорові викликані потенціали виникають у корі мозку, але також у відповідь на світловий вплив на сітківку. І в обох випадках відгук був позитивним.

Результат експерименту можна було побачити і неозброєним оком, оскільки у мишей з наночастинками звужувались зіниці. Тварини поводились так, наче їм посвітили в око звичайним ліхтариком. Цікавим є те, що препарат не вплинув на сприйняття денного світла – тварини добре бачили в будь-який час доби.

Реакція зіниць на відсутність світла (верхній рядок) та на ІЧ світло (нижній рядок). Зліва – контрольна група, справа – експериментальна. Джерело: Cell.

Поведінкові тести

В одному з експериментів дослідники використали дві коробки. Вченим було цікаво, якій з них миші нададуть перевагу, зважаючи на те, що інстинктивно гризуни уникають освітлених місцевостей.

Коли лише одна з коробок була освітлена видимим світлом,  тварини з обох груп більшість часу перебували у затемненій. А коли в одній коробці вмикали світло з ближнього інфрачервоного спектра, тут все ставало значно цікавіше. Миші, яким ввели наночастинки, уникали світла та, переважно, залишалися в темній. Тим часом тварини без наночастинок поводилися так, наче обидві коробки були темними та активно досліджували кожен куточок. Тобто, вони не помічали жодного світла.

Наступний дослід показав, коли у гризунів виник умовний рефлекс. Невдовзі після вмикання видимого світла їх піддавали впливу електричного струму, що викликало в них захисну реакцію завмирання. В результаті, це призвело до того, що навіть без електричного стимулу тварини переставали рухатися, щойно вмикалося світло. У мишей із введеним досліджуваним препаратом така поведінка проявлялася і тоді, коли вмикали ІЧ світло, а в особин з контрольної групи – ні. Останні його просто не бачили.

Піддослідна миша
Лабораторні миші почали бачити у ближньому інфрачервоному спектрі завдяки ін’єкції наночастинок.

Але вчені подумали, що і цього недостатньо. Вони вирішили перевірити, чи розрізнятимуть миші символи, підсвічені ІЧ випромінюванням. Такі символи позначали напрямок, в якому потрібно плавати у водяному лабіринті. Модифікований зір допоміг мишам майже відразу пливти в правильний бік. Контрольна група звичайних мишей обирала напрямок хаотично.

Вчені вважають, що описана технологія біоінтегрованих наночастинок забезпечує значний потенціал для впровадження в організм людини для розширення нашого зорового спектра. Це може відкрити нові можливості у вивченні процесів інтерпретації мозком візуальних сигналів. Або ж можна подумати про застосування у цивільному житті, безпекових та військових операціях, чи у розробці нових методик відновлення зору при колірній сліпоті. До слова, двоє співавторів вже мають патент на основі цього дослідження.

Cell (2019), doi: 10.1016/j.cell.2019.01.038

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Каталіна Маркуш
  • 17 записів
  • 0 дописів
Має вищу біологічну освіту, пройшла курс підвищення кваліфікації за програмою "Наукова комунікація". Цікавиться сучасними досягненнями науки, зокрема в біології та медицині.