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

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

56 Shares:
Перегляньте також
Далі

Нобелівськими лауреатами з фізіології або медицини стали Вільям Каелін, сер Пітер Реткліфф, Грегг Семенца

Нобелівський комітет щойно оголосив імена науковців, які цьогоріч розділили Нобелівську премію у секції “Фізіологія або медицина”. Вільям Каелін,…
Далі

Клітини печінки людини, вживлені у тіло миші, збільшилися у 50 разів та почали функціонувати

Вирощування власних органів досі виглядає дещо фантастичним, але така можливість серйозно розглядається науковцями. Новий експеримент американських вчених показав,…
Вулканічна активність та динозаври
Далі

Вулканічну активність знову звинувачують у винищенні динозаврів

Геологи з Принстонського університету провели дослідження на індійському плоскогір’ї Декан та дійшли висновку, що вулканічні виверження могли відіграти…