Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • mmif-2019
  • biokhaking
  • techweek

Глаз киборга

Инъекция наночастиц в сетчатку превращает зрительный орган в тепловизор 

Мария Перепечаева, «Наука из первых рук»

Спектр электромагнитных волн, который воспринимает человеческий глаз, относительно невелик, – примерно 400–700 нм. Нам недоступно ни ультрафиолетовое излучение более коротковолновой области, ни длинноволновое инфракрасное, испускаемое телами с температурой выше абсолютного нуля. Однако недавняя китайско-американская разработка позволит частично восполнить это эволюционное упущение, расширив диапазон видимого спектра до ближнего инфракрасного.

Первое звено в цепочке событий, благодаря которым мы видим окружающий мир, – падение света на сетчатку глаза, где расположены палочки и колбочки, светочувствительные клетки-фоторецепторы. Палочки, содержащие фотопигмент родопсин, позволяют различать черное и белое и отвечают за ночное зрение. Каждая из колбочек, отвечающих за цветное зрение, содержит один из трех вариантов фотопигмента йодопсина, чувствительных к красно-оранжевому, зеленому или синему свету.

Под действием фотонов в светочувствительной клетке запускаются фотохимические реакции: энергия света превращается в нервный импульс, который и «доносит» об увиденном в зрительный центр головного мозга. Но при этом наши фотопигменты не могут воспринимать как слишком высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового спектра, как и слишком низкоэнергетичные инфракрасного. 

Попытки расширить воспринимаемый глазом диапазон длин волн предпринимались и ранее. К примеру, лабораторным крысам помещали на голову датчик инфракрасного излучения, который соединяли с соматосенсорной зоной (центром осязания) коры головного мозга животных. Сейчас ученые из Китайского университета науки и технологий и Школы медицины Массачусетского университета (США) разработали более физиологичный способ увидеть инфракрасное излучение с помощью инъекции в глаза особых наночастиц.

В работе были использованы наночастицы на основе эрбия и иттербия, способные преобразовывать инфракрасный свет в видимый, поглощая фотоны на одной длине волны и излучая на другой (в данном случае – в зеленом спектре, к которому рецепторы глаза млекопитающих наиболее чувствительны). Наночастицы модифицировали – покрыли молекулами белка, который может связывается со специфическими молекулами на мембранах фоторецепторов палочек и колбочек. Затем их ввели под сетчатку лабораторных мышей, а контрольной группе сделали инъекцию буферного раствора.

Как выяснилось, введенные наночастицы прочно связались с фоторецепторами светочувствительных клеток, а побочные эффекты были обычными для такой процедуры.

Near-Infrared.jpg

В отличие от контрольной группы, у подопытных животных под действием инфракрасного излучения сужались зрачки, определялись фототоки в сетчатке, активировалась зрительная кора головного мозга.

Мыши вели себя по-разному и в поведенческих тестах. Например, когда им предлагали на выбор обычное темное помещение и с инфракрасной «подсветкой», то контрольные животные не делали между ними различий, а экспериментальные явно предпочитали темное помещение.

Затем испытуемым предложили настоящее интеллектуальное упражнение, чтобы определить, насколько хорошо они видят в инфракрасном свете. Животных запускали в сложный водный лабиринт, правильный выход из которого был помечен треугольником, а неправильный – кругом. Сначала эти значки подсвечивали видимым светом, и все мыши обучились плыть к треугольнику даже тогда, когда расположение меток менялось. Однако при замене видимой подсветки на инфракрасную контрольные мыши сразу терялись, а мыши «с наночастицами» уверенно находили выход.

Итак, применение нанотехнологии оказалось очень успешным, несмотря на то, что видимый свет несет больше энергии, чем инфракрасный, и наночастицам требуется поглотить несколько инфракрасных фотонов, прежде чем испустить один фотон видимого спектра. По мнению разработчиков, эта технология вполне применима к людям, особенно тех профессий, в которых без инфракрасного зрения трудно обойтись. Ведь хотя сегодня и созданы специальные приборы – тепловизоры, ими не всегда удобно пользоваться. 

Но, наверное, еще большую роль эта технология может играть при оказании помощи людям, теряющим зрение, в том числе из-за гибели фоторецепторов в результате возрастных офтальмологических заболеваний.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

нанобиология зрение Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Супер-зрение

Наночастицы, прикрепленные к палочкам и колбочкам, позволили мышам видеть инфракрасное излучение в ближней части его спектра.

читать

Клеточная биопсия

Нанопинцет может извлекать ДНК и другие отдельные молекулы или органеллы из живой клетки, не убивая ее.

читать

Радиоуправляемые ферменты

Ученые из Университета ИТМО реализовали способ управления ферментами при помощи радиочастотных излучений.

читать

Лучшие из существующих

Искусственные клетки могут производить белок, общаться с соседями и менять поведение в зависимости от химических сигналов.

читать

Дрожжи с подсветкой

Дрожжи, усеянные улавливающими свет наночастицами, становятся намного эффективнее в промышленном синтезе ценных веществ.

читать