Инъецируемые наночастицы дают мышам инфракрасное зрение

Люди и другие млекопитающие ограничены в видении диапазона длин волн света, называемого видимым светом, который включает в себя длины волн радуги. Но инфракрасное излучение, которое имеет большую длину волны, окружает нас. Люди, животные и предметы излучают инфракрасный свет, выделяя тепло, а предметы также могут отражать инфракрасный свет.

В настоящее время группа исследователей из Медицинской школы Университета Массачусетса, Университета науки и технологий Китая и Китайского центра передовых технологий в области науки о мозге и разведывательных технологий разработала технологию, позволяющую млекопитающим осуществлять ночное видение. Однократная инъекция наноантенн в глаза мышей дарила инфракрасное зрение на срок до 10 недель с минимальными побочными эффектами, позволяя им видеть ближний инфракрасный свет даже в течение дня и с достаточной специфичностью, чтобы различать различные формы.

Видимый спектр – это часть электромагнитного спектра, которая наблюдается человеческим глазом. Типичный глаз млекопитающего будет реагировать на длины волн от 400 до 700 нм (нанометров).

Тем не менее, это только небольшой процент от полного электромагнитного спектра. Обнаружение более длинноволнового света, такого как ближний инфракрасный (NIR) или инфракрасный свет, невозможно.

Человеческий глаз не может видеть NIR или проецировать NIR-изображение в мозг без помощи сложных и громоздких электронных устройств, таких как очки ночного видения. В течение дня эти очки насыщаются и теряют способность функционировать.

«Видимый свет, который может восприниматься естественным зрением человека, занимает лишь очень небольшую часть электромагнитного спектра», – сказал соавтор исследования доктор Тянь Сюэ, исследователь из Университета науки и технологий Китая.

«Электромагнитные волны длиннее или короче видимого света несут много информации».

«Благодаря этим исследованиям мы широко расширили применение нашей технологии наночастиц как в лаборатории, так и в переводе. Эти наноантенны позволят ученым исследовать ряд интригующих вопросов: от того, как мозг интерпретирует визуальные сигналы, до лечения дальтонизма », – сказал доктор Ган Хан из Медицинской школы Университета Массачусетса.

В ходе исследования ученые разработали наночастицы, конъюгированные с белком лектина, которые можно доставлять каплями.

Эти белки направляют наноантенны и «склеивают» их с наружной стороны фоторецепторов сетчатки у мышей. После закрепления на клетках эти микроскопические антенны преобразуют NIR в видимый зеленый свет.

Зеленый свет наблюдается клеткой сетчатки, а изображения посылаются и интерпретируются мозгом как видимый свет. Это происходит без помощи сложного оборудования.

Исследователи также разработали серию тестов, чтобы убедиться, что мыши, обработанные наночастицами, были полностью способны воспринимать ближний инфракрасный свет.

Они продемонстрировали, что мыши, инъецированные этими наноантеннами, могут не только воспринимать ближний инфракрасный свет, но также получать видение ближнего инфракрасного излучения и даже способны различать сложные формы фигур, такие как треугольники и круги.

Обработанные мыши были способны воспринимать эти световые картины даже в условиях дневного света, указывая на то, что наночастицы работали параллельно с обычным зрением.

Кроме того, благодаря непосредственной близости наноантенн и фоторецепторов, для активации наночастиц достаточно света исключительно ближней светодиодной лампы NIR.

Через две недели способность исчезла, и наночастицы не оставили никаких эффектов для мышей или их зрения.

«Мы считаем, что это исследование является крупным достижением в области биотехнологий. Это провоцирующее концепцию исследование должно проложить путь к многочисленным критическим применениям благодаря уникальному созданию визуальных способностей NIR млекопитающих и иметь высокий трансляционный потенциал », – сказал доктор Хан.

«Более того, очень вероятно, что небо может выглядеть по-разному как ночью, так и днем. Мы можем иметь возможность просматривать всю скрытую информацию от NIR и IR-излучения во вселенной, которая невидима для наших невооруженных глаз ».

Yuqian Ma et al . Видение ближнего инфракрасного изображения у млекопитающих с помощью инъекционных и самостоятельных наноантенн сетчатки. Cell , опубликовано в сети 28 февраля 2019 года; doi: 10.1016 / j.cell.2019.01.038