Наночастицы в сетчатке помогли мыши увидеть инфракрасный свет.

Наши глаза воспринимают свет благодаря фоточувствительным пигментам, сидящим в специальных клетках сетчатки. Есть клетки-палочки, которые очень чувствительны к свету и чей пигмент настроен на сине-зелёные волны (поэтому, кстати, в сумерках нам всё кажется зеленовато-синеватым: когда освещённость падает, на первый план выходят палочки, которые ловят преимущественно сине-зелёные оттенки спектра). Есть клетки-колбочки с тремя пигментами, реагирующими на короткие, средние и длинные световые волны, то есть, грубо говоря, сине-фиолетовый, жёлто-зелёный и жёлто-красный цвета. 

Сетчатка глаза сформирована несколькими десятками типов клеток, которые уложены в ней в несколько слоев; верхний слой на фото – палочки и колбочки. (Фото ZEISS Microscopy / Flickr.com) 

Зелёные наночастицы, осевшие на палочках (слева) и колбочках (справа). (Фото: Y. Ma et al., Cell, 2019)

Но тройное цветовое зрение есть не у всех – фоторецепторы большинства млекопитающих лишены красного пигмента. Добавить цвета в картину мира какой-нибудь мыши или обезьяны можно, если снабдить её геном дополнительного фотопигмента, и такие эксперименты имели место. Однако исследователи из Технологического университета в Хэфэе и Университета Массачусетса пошли другим путём – они внедрили в мышиную сетчатку наночастицы, благодаря которым мыши получили инфракрасное зрение. 

Собственно наночастицы превращают невидимый инфракрасный свет в видимый зелёный (поскольку инфракрасные фотоны несут меньше энергии, чем зелёные, наночастицы должны сначала поглотить определённую порцию инфракрасного света, чтобы испустить зелёный). То есть мыши должны были видеть инфракрасный свет в зелёном переводе. Чтобы наночастицы удержались на клетках сетчатки, их одели в специальный белок, который взаимодействует с углеводными молекулами на мембранах фоторецепторных клеток. В статье в Cell говорится, что наночастицы в белковой оболочке после введения в глаз действительно прикреплялись к клеткам и держались на них 10 недель без каких-либо побочных эффектов. 

Инфракрасный свет, направленный в глаза, заставлял мышиные зрачки сужаться, а нейроны сетчатки и зрительная кора реагировали электрическими импульсами – тогда как у мышей, которым наночастицы не вводили, ничего подобного не происходило. Чтобы окончательно убедиться, что мыши видят инфракрасный свет, с ними провели несколько поведенческих опытов. Например, их запускали в водяной Y-образный лабиринт, в котором нужно было свернуть в правильную сторону, чтобы выбраться из воды на плавучую платформу. Над левым и правым коридорами лабиринта светились видимым или инфракрасным светом круг и треугольник, и плыть нужно было туда, где светился треугольник. С видимым светом все мыши быстро выучивали, куда надо плыть (даже когда круг и треугольник меняли местами). Но как только фигуры над коридорами лабиринта начинали светиться не видимым светом, а инфракрасным, правильный путь выбирали только те мыши, которым в глаза вводили наночастицы.

Инфракрасный свет называют ещё тепловым излучением; приборы-тепловизоры позволяют найти источник тепла даже в кромешной тьме. Такие приборы у нас обычно ассоциируются с чем-то военным, и воображение уже само собой рисует модифицированных солдат, которые могут искать противника по тепловому излучению безо всяких специальных очков и прочих устройств. Однако хотелось бы, чтобы такие наночастицы в первую очередь использовались в медицинских целях – для лечения расстройств зрения, связанных с аномалиями в сетчатке.