Ученые из Медицинской школы Массачусетского университета разработали препарат, который позволяет млекопитающим временно видеть свет в инфракрасном спектре, превращая его в видимый. Для этого были применены современные нанотехнологии, которые имеют высокую биосовместимость.
Это похоже на технологии будущего из фантастического фильма или на сюжет из комикса. Где главный герой является подопытным в тайной лаборатории, получает силу суперзрения и приобретает возможность видеть в темноте. Но эта история не так уж далека от реальности.
К сожалению, человеческий глаз, как и мышиный, видит свет в очень узком диапазоне с длиной волны не более 700 нм. И ученые решили попробовать создать технологию, которая могла бы расширить пределы видимого. Хотя бы настолько, чтобы увидеть ближнее инфракрасное (ИК) излучение, в данном случае – с длиной волны более 980 нм. Такое излучение мы можем видеть лишь через тепловизоры.
Сверхспособность с одной инъекцией
Ученые создали наночастицы, которые связываются с фоторецепторами сетчатки глаза и действуют как миниатюрные преобразователи энергии. Они способны превращать невидимый для млекопитающих ближний инфракрасный свет в коротковолновое видимое излучение.
Препарат вводили инъекцией в субретинальное пространство сетчатки мышей – между слоем, где размещены фоторецепторы колбочки и палочки, и слоем пигментного эпителия.
Субретинальная инъекция является распространенной офтальмологической процедурой и у животных, и у людей. Незначительные побочные действия, такие как небольшое воспаление, помутнение роговицы и т.п., наблюдались у некоторых испытуемых, и является обычным явлением при любых субретинальных инъекциях. Как правило, они исчезают через несколько дней после вмешательства. Действие препарата временное, и после 2 недель эффект от инъекции снижался, а впоследствии – наночастицы уже не оказывали никакого влияния на зрение мышей.
После укола наноантенны успешно прикрепились и связались с фоторецепторами мышиной сетчатки. Была также и контрольная группа мышей, которая получила инъекции только пустого солевого раствора.
В начале исследования для того, чтобы проверить, появилось ли у мышей суперзрение, ученые светили на сетчатку ближним инфракрасным излучением. Затем использовали два простых метода: электроретинограмму и наличие зрительных вызванных потенциалов. Электроретинограмма показывает, есть ли электрический отклик от нервных клеток сетчатки в ответ на световые раздражители. Зрительные вызванные потенциалы возникают в коре головного мозга, но также в ответ на световое воздействие на сетчатку. И в обоих случаях отзыв был положительным.
Результат эксперимента можно было увидеть и невооруженным глазом, так как у мышей с наночастицами сужались зрачки. Животные вели себя так, как будто им посветили в глаза обычным фонариком. Интересно, что препарат не повлиял на восприятие дневного света – животные хорошо видели в любое время суток.
Поведенческие тесты
В одном из экспериментов исследователи использовали две коробки. Ученым было интересно, какую из них мыши предпочтут, несмотря на то, что инстинктивно грызуны избегают освещенных местностей.
Когда только одна из коробок была освещена видимым светом, животные из обеих групп большую часть времени находились в затемненной. А когда в одной коробке включали свет с ближнего инфракрасного спектра, здесь все становилось гораздо интереснее.
Мыши, которым ввели наночастицы, избегали света и преимущественно оставались в темноте. Между тем, животные без наночастиц вели себя так, как будто обе коробки были темными и активно исследовали каждый уголок. То есть, они не замечали никакого света.
Следующий опыт показал, когда у грызунов возник условный рефлекс. Вскоре после включения видимого света их подвергали воздействию электрического тока, что вызвало в них защитную реакцию замирания. В результате это привело к тому, что даже без электрического стимула животные переставали двигаться, как только включался свет.
У мышей с введенным исследуемым препаратом такое поведение проявлялось и тогда, когда включали инфракрасный свет, а у особей из контрольной группы – нет. Последние его просто не видели.
Но ученые подумали, что и этого недостаточно. Они решили проверить, различают ли мыши символы, подсвеченные инфракрасным излучением. Такие символы обозначали направление, в котором нужно плавать в водном лабиринте. Модифицированное зрение помогло мышам почти сразу плыть в правильную сторону. Контрольная группа обычных мышей выбирала направление хаотично.
Ученые считают, что описанная технология биоинтегрированных наночастиц обеспечивает значительный потенциал для внедрения в организм человека для расширения нашего зрительного спектра. Это может открыть новые возможности в изучении процессов интерпретации мозгом визуальных сигналов. Или же можно подумать о применении в гражданской жизни, безопасности и военных операциях или в разработке новых методик восстановления зрения при цветовой слепоте. К слову, двое соавторов уже имеют патент на основе этого исследования.