Молекулярная диагностика Тест-системы в клинике Наследственные заболевания Диагностика Секвенирование Бактериология Геномика Рынок и регулирование Новые препараты Российские компании Генная терапия Иммунная система Микрочипы и мультиплексный анализ Эпигенетика Финансирование исследований Вакцины Эпидемиология Вирусология Биомаркеры Репродуктивное здоровье Экспрессия генов Онкология Государственное регулирование Персонализированная медицина Гастроэнтерология Генетика Редактирование генома CRISPR Молбиология Новые концепции Методология эксперимента Сопроводительная диагностика Et сetera Новые инструменты и оборудование Неврология Масс-спектрометрия Рынок клинической диагностики Протеомика Терапия Организация науки Клеточная биология Метаболизм Иммунотерапия Фарма Биоинформатика Паразитология Сердечно-сосудистые заболевания Инвестиции Подготовка образцов Направления Иммунологические методы PCR Технологии Клинические исследования Микология COVID-19 ИФА Интервью Вопросы и ответы Обзоры периодики Бизнес-среда Рейтинги Образование Курсы Подготовка об Вебинары Государственное регулиров Все

Мышей наделили способностью видеть тепло

Ученые ввели в сетчатку мышей наночастицы, которые поглощают свет ближнего инфракрасного диапазона и переизлучают его в видимом диапазоне. Таким образом мыши получили возможность видеть инфракрасное излучение, причем восприятие видимого спектра не ухудшилось.

Изображение:
Monique Guilbault | Shutterstock.com

Млекопитающие не видят свет с длиной волны больше 700 нм. Ограничение объясняется тем, что энергия фотонов более длинноволнового света меньше, их детекция требует более низкого энергетического барьера зрительного пигмента, а это привело бы к высокому уровню теплового шума.

Китайские ученые, работающие в Китае и США, создали систему, позволяющую преодолеть этот физиологический предел. Они использовали наночастицы, которые поглощают свет с длиной волны 950–1000 нм, после чего испускают свет в видимом диапазоне (максимум испускания — 535 нм; к зеленому цвету фоторецепторы млекопитающих чувствительнее, чем к синему). Чтобы сделать наночастицы водорастворимыми, их покрыли полиакриловой кислотой, после чего пришили белок конканавалин А (ConA), способный связываться с гликопротеинами фоторецепторов. Полученные наночастицы (photoreceptor-binding upconversion nanoparticles— pbUCNPs) вводили между слоем фоторецепторов и пигментным эпителием сетчатки. В результате наночастицы оказались связаны с наружными сегментами фоторецепторов: палочек и колбочек. Никаких долгосрочных побочных эффектов данная процедура не имела.

Чтобы проверить, видят ли pbUCNP-инъецированные мыши в инфракрасном диапазоне, была проведена серия экспериментов. Первым делом ученые проверили зрачковый рефлекс. Как и ожидалось, зрачок мышей с введенными pbUCNP сужался при освещении ИК-светом (980 нм), а зрачок контрольных мышей на такой свет не реагировал.

Следующим шагом стала проверка поведенческих реакций на ИК-свет. Животных помещали в коробку, одна половина которой освещались в ИК-диапазоне, а вторая была абсолютно темной. Известно, что мыши предпочитают находиться в темноте. И действительно, pbUCNP-инъецированные грызуны гораздо дольше оставались на темной половине, тогда как контрольные особи поровну делили свое время между половинами коробки. В другом эксперименте у мышей развили рефлекс замирания в ответ на вспышку света в видимом диапазоне, после которой их били током. При замене видимого света ИК-лучами рефлекс замирания демонстрировали только pbUCNP-инъецированные мыши. Следовательно, после инъекции животные стали воспринимать свет ближнего ИК-спектра.

Чтобы узнать, не пострадало ли при этом восприятие видимого света, ученые поместили шесть электродов на зрительную кору мозга. Паттерны возбуждения совпадали у pbUCNP-инъецированных и контрольных мышей при восприятии ими видимого света с длиной волны 535 нм, но различались при восприятии ИК-света. Из этого следует, что у pbUCNP-инъецированных особей обычное зрение не пострадало.

Оставалось убедиться, что мыши различают сложные объекты, излучающие ИК-свет. Для этого их помещали в Y-образный бассейн. В конце одного отсека под водой находилась платформа, сидеть на которой мышам гораздо комфортнее, чем плавать. Над обоими отсеками высвечивались в ИК-спектре различные паттерны — например, треугольник и круг, вертикальные полосы и горизонтальные. При этом, например, платформа всегда оказывалась в том отсеке, над которым светился треугольник. Как и предполагалось, только pbUCNP-инъецированные мыши научились определять, в какой отсек нужно плыть.

Таким образом, применение pbUCNP наночастиц позволяет расширить видимый диапазон, не ухудшая обычное зрение, и видеть одновременно в видимом и ближнем ИК-спектре. Основанные на этой системе технологии могут найти применение в военной промышленности, охранном бизнесе, а также в интерфейсах «человек — машина». Возможно, подобные методики помогут людям, теряющим зрение.

Источники

Yuqian, Ma, et al // Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae // Cell, 2019. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.038

Nanoparticles give mice night vision

Добавить в избранное

Вам будет интересно