Перспективный эксперимент инъекции наночастиц в сетчатку глаза

Многим известно, что спектр электромагнитных волн, который способен воспринимать глаз человека, довольно невелик, – примерно 400-700 нм. Человеческому глазу недоступно ни ультрафиолетовое излучение, ни длинноволновое инфракрасное, которое испускают тела с температурой выше абсолютного нуля. В этой связи большой интерес представляет недавняя китайско-американская разработка, которая позволит частично восполнить это эволюционный пробел и расширить диапазон видимого человеку спектра до ближнего инфракрасного.

Человек видит окружающий его мир в первую очередь потому, что свет падает на сетчатку глаза, на которой расположены палочки и колбочки, представляющие собой светочувствительные клетки фоторецепторы. В частности, палочки, которые содержат фотопигмент родопсин, помогают различать черное и белое и отвечают за ночное зрение. Колбочки, отвечающие за цветное зрение, каждая содержит один из трех вариантов фотопигмента йодопсина, которые чувствительные к красно-оранжевому, зеленому или синему свету. Под действием фотонов в фоторецепторах запускаются фотохимические реакции, благодаря чему энергия света превращается в нервный импульс, который помогает доставить информацию об увиденном в зрительный центр головного мозга человека. Тем не менее, человеческие фотопигменты не способны воспринимать слишком высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового спектра и низкоэнергетичные инфракрасного.

Эксперимент по расширению диапазона длин волн видимых глазу

Эксперименты целью, которых было расширить воспринимаемый глазом диапазон длин волн, уже проводились. В частности, подопытным крысам помещали на голову датчик инфракрасного излучения, который был соединен с соматосенсорной зоной (центром осязания) коры головного мозга животных. В данном случае ученые двух стран из Китайского университета науки и технологий и Школы медицины Массачусетского университета придумали более продвинутый в физиологическом плане способ сделать видимым инфракрасное излучение при помощи глазной инъекции особых наночастиц.

В новом эксперименте были использованы наночастицы на основе эрбия и иттербия, которые позволяют преобразовывать инфракрасный свет в видимый, поглощая фотоны на одной длине волны и излучая на другой (в зеленом спектре, к которому рецепторы глаза млекопитающих наиболее чувствительны). Ученые модифицировали наночастицы, покрыв их молекулами белка, который способен взаимодействовать со специфическими молекулами на мембранах фоторецепторов палочек и колбочек. После чего наночастицы ввели под сетчатку лабораторных мышей, в тоже время, сделав инъекцию буферного раствора контрольной группе мышей.

Инъекция наночастиц в сетчатку глаза лабораторных мышей

В результате эксперимента, введенные наночастицы связывались с фоторецепторами светочувствительных клеток, побочные эффекты процедуры были обычными для нее. У основной группы подопытных животных под действием инфракрасного излучения наблюдалось сужение зрачков, определялись фототоки в сетчатке, а также активировалась зрительная кора головного мозга. В поведенческих тестах мыши из разных групп вели себя также по-разному, к примеру, когда им предлагали на выбор обычное темное помещение и помещение с инфракрасной «подсветкой», то мыши из контрольной группы не делали между ними различий, в то время как животные из основной группы явно предпочитали именно темное помещение.

Помимо этого, испытуемым обеих групп предложили своеобразное интеллектуальное состязание, чтобы выяснить, насколько хорошо подопытные мыши видят в инфракрасном свете. Животных запускали в запутанный водный лабиринт, в котором правильный выход был помечен значком треугольника, а неправильный – значком круга. На первом этапе состязания значки подсвечивались видимым светом, и животные обеих групп научились плыть к треугольнику даже в том случае, когда расположение меток менялось. На втором этапе состязания видимая подсветка была заменена инфракрасной подсветкой, мыши из контрольной группы сразу терялись, а «модифицированные» мыши с инъекцией наночастиц легко находили выход.

Таким образом, этот небольшой эксперимент с применением нанотехнологий завершился успешно. По мнению исследователей, данная технология вполне применима и к человеку, например, людям тех профессий, в которых необходимо инфракрасное зрение. Несмотря на то, что существуют специальные приборы тепловизоры, пользоваться ими в некоторых обстоятельствах не всегда удобно. Также особую роль эта технология может сыграть в оказании помощи той категории людей, которые теряют зрение, в том числе в результате возрастных офтальмологических глазных заболеваний.