Unglaubliche Experiment Gibt Infrarot-Vision, um die Mäuse—und die Menschen Könnten die Nächsten Sein

Spezielle Nanopartikel (in weiß) festhalten an Stangen (Links) und Kegel (rechts) in den Photorezeptoren von Mäusen. Bild: Ma et al./Current Biology

Durch Einspritzen von Nanopartikeln in den Augen von Mäusen, die Wissenschaftler gab Ihnen die Fähigkeit zu sehen, in der Nähe von Infrarot—Licht einer Wellenlänge, die normalerweise nicht sichtbar auf Nagetiere (oder Menschen). Es ist eine außergewöhnliche Leistung, die noch mehr außergewöhnliche mit der Erkenntnis, dass eine ähnliche Technik verwendet werden könnte, in den Menschen.

All die Bemerkenswerte Dinge getan, um die Mäuse im Laufe der Jahre, dieses neueste Errungenschaft, beschrieben, die heute in der Fachzeitschrift Cell, ist bei den meisten sci-fi.

Ein Forschungs-team unter der Leitung von Tian Xue von der University of Science and Technology of China und Gang Han von der University of Massachusetts Medical School, verändert die vision von Mäusen so, dass Sie in der Lage, um zu sehen, in der Nähe von Infrarot-Licht (NIR), die neben dem Erhalt Ihrer natürlichen Fähigkeit, zu sehen, normal Licht. Dies wurde durch die Injektion werden spezielle Nanopartikel in Ihren Augen, mit der Wirkung dauert etwa 10 Wochen und ohne ernste Nebenwirkungen.

Eine Reihe von tests zeigte, dass die Mäuse waren in der Tat sehen Infrarot-Licht, und nicht einige andere Reize. Die Forscher sagen, das menschliche Auge ist nicht zu unterscheiden von denen von Mäusen, führt zu die fantastische Aussicht, die Anwendung einer ähnlichen Technik auf den Menschen.

Menschen, wie Mäuse, visuellen Zugang zu einem begrenzten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Der Bereich der Wellenlängen, die für Menschen unsichtbar ist riesig, und so können wir nicht sehen, was ausserhalb des sogenannten sichtbaren Spektrum (Wellenlängen zwischen 380 bis 740 Nanometer). Infrarot-Strahlung vorhanden ist als längere Wellenlängen entlang des Spektrums, im Bereich von etwa 800 Nanometer zu einem vollen millimeter. Vergangenheit Infrarot sind auch die längeren Wellenlängen von Mikrowellen und Radiowellen

Objekte in der Welt, ob Sie nun Menschen oder ein heiß Schüssel Suppe oder eben etwas so scheinbar kalt wie ein Eiswürfel, emittieren Infrarot-Strahlung, wie Sie geben Wärme ab. Säugetiere, wie Menschen und Mäuse können nicht sehen, NIR -, aber wir verfügen über die Technologien, nämlich Nacht-vision oder Hitze-vision-Brille, die das konvertieren können, diese sonst unsichtbaren Spektrum in ein format, welches wir sehen können. Die neue Technik verwendet, die Mäuse etwas tut, ein bisschen ähnlich, aber statt sich darauf zu verlassen, wearable-tech, die Wissenschaftler sich in der Biologie des Unternehmens.

Erlauben Mäuse zu sehen, die über die üblichen visuellen Spektrum, Tian Gang und entwickelt spezielle “upconversion” Nanopartikel fähig, seine Funktion innerhalb der Nagetiere’ pre-vorhandenen okulären Strukturen. Tropfen der Flüssigkeit, die die winzigen Partikel injiziert wurden direkt in Ihre Augen, wo, mit speziellen Ankern, Sie verriegelt sich fest an photorezeptorzellen. Photorezeptoren—Stäbchen und Zapfen—in der Regel absorbieren die Wellenlängen der eingehenden sichtbares Licht um, das das Gehirn interpretiert die Augen. In dem experiment, jedoch die neu eingeführten Nanopartikel upconverted eingehende NIR in eine sichtbare Wellenlänge, die das Gehirn der Maus war dann in der Lage Verarbeitung von visuellen Informationen (in diesem Fall sah Sie NIR als grünliches Licht). Die Nanopartikel klammerte sich an für fast zwei Monate, so dass die Mäuse, um zu sehen, sowohl die NIR-und sichtbaren Licht mit minimalen Nebenwirkungen.

Im wesentlichen, werden die Nanopartikel auf die photorezeptorzellen diente als ein Wandler oder Konverter, für Infrarot-Licht. Die längeren Infrarot-Wellenlängen erfasst wurden, in die Netzhaut, indem die Nanopartikel, die dann weitergeleitet, Sie als kürzere Wellenlängen im sichtbaren Licht-Bereich. Die Stäbchen und Zapfen—, die errichtet sind, zu absorbieren kürzere Wellenlängen—waren damit in der Lage, zu akzeptieren das signal, und dann sendet diese upconverted Informationen an den visuellen Kortex für die Verarbeitung. Insbesondere die injizierten Partikel absorbiert die NIR-um 980 Nanometer Wellenlänge konvertiert, um die Licht im Bereich von 535 Nanometer. Für die Mäuse, diese übersetzt zu sehen, die Infrarot-Licht, wie die Farbe grün. Das Ergebnis war ähnlich zu sehen, NIR mit Nacht-vision-Brille, mit der Ausnahme, dass die Mäuse waren in der Lage, behalten Ihre normale Sicht auf sichtbares Licht als auch. Wie bereits erwähnt, die Wirkung war nur vorübergehend, dauert ein paar Wochen, bei einigen Mäusen erleben, trübe Hornhaut, die schnell gelöscht.

Zu beweisen, dass die Methode wirklich funktioniert, Tian Gang, eine Reihe von tests und Experimenten.

Zum Beispiel, die Schüler von injizierten Mäusen wurde erweitert, wenn Sie ausgesetzt NIR, in der Erwägung, dass die Schülerinnen und Schüler von Mäusen ohne Injektionen nicht. Und wenn ausschließlich ausgesetzt NIR, Messungen der elektrischen Aktivität des Gehirns in der injizierten Mäuse zeigten den Augen und dem visuellen cortex wurden funktionieren, wenn in der Gegenwart von sichtbarem Licht.

Verhaltens-tests zeigten auch die Methode funktionierte. Mäuse platziert in einer Y-förmigen Wasser-Labyrinth wurden gelehrt, zu erkennen, die Position einer versteckten Plattform Zuflucht zu suchen, war gekennzeichnet durch eine NIR-lit-display. In den tests mit injizierten Mäusen konsequent befindet sich die Plattform in der Erwägung, dass die Mäuse ohne Injektionen Schwamm nach dem Zufallsprinzip rund um das Labyrinth. Ein weiterer test beinhaltete eine box mit zwei Fächern: einem völlig dunkel, kein Licht mehr, und man leuchtet mit der NIR. Mäuse, nachtaktive Tiere, angezogen durch die Dunkelheit. In den tests mit injizierten Mäuse verbrachten mehr Zeit in dem dunklen Abteil, in der Erwägung, dass uninjected Mäuse zeigten keine Präferenz.

“Diese umfangreichen Experimente lassen keinen Zweifel daran, dass Mäuse injiziert, die mit Infrarot-empfindliche Nanopartikel die Fähigkeit erlangen zu erkennen, die Infrarot-Licht und erhalten visuelle Informationen aus,” Vladimir J. Kefalov, professor für Augenheilkunde und visual sciences an der Washington University in St. Louis, der nicht in Verbindung mit der neuen Studie, sagte Gizmodo.

In einer Pressemitteilung, Tian sagte, die Nanopartikel klammerte sich an beide Stäbchen und Zapfen und aktiviert wurden durch die nah-Infrarot-Licht, so dass “wir glauben, dass diese Technologie auch in den menschlichen Augen, nicht nur für die Erzeugung von super-vision, sondern auch für den therapeutischen Lösungen in der human-rote Farbe vision Mängel auf.” In einem interview mit der Zelle, er erläuterte weiter, nämlich:

Im Gegensatz zu Mäusen, Menschen und anderen Primaten haben eine Struktur, die so genannte fovea in der retina, welche vermittelt die hohe Schärfe, die zentrale vision. In der menschlichen fovea ist die Dichte der Zapfen ist viel höher als die der Stäbchen, während in der retina der Maus, die Anzahl der Stäbe überwiegen überall… Da Konen haben unterschiedliche Spektrum und Intensität, die die Lichtempfindlichkeit im Vergleich mit Stangen, die wir vielleicht brauchen, um eine Feinabstimmung der emissions-Spektrum der UCNP effizienter active eine bestimmte Art von Zapfen in der menschlichen.

Als Tian darauf hingewiesen, die Behandlung müsste geändert für Menschen zu arbeiten, aber das neue experiment schlägt es im Bereich des möglichen. Kefalov sagte, das Potenzial für die Anwendung ein ähnliches Konzept in den Menschen ist real und aufregend, aber er warnte, dass wir noch einen langen Weg zu gehen.

“Die Autoren zeigen, dass eine einzelne Injektion mit Nanopartikeln hat keine langfristigen negativen Effekte auf der retina der Maus,” sagte Kefalov. “Es ist jedoch nicht klar, ob das erreichen der praktischen Infrarot-vision in den Menschen erfordern wiederholende Injektionen und, wenn ja, ob eine solche chronische Behandlung nachteilige langfristige Auswirkungen auf die Struktur und Funktion unserer Augen.”

Erwerb der Fähigkeit Sie zu sehen Infrarot-Licht scheint wie science-fiction und die Sachen von transhumanistischen Phantasien (hebt hand), aber es wäre eine zweifellos nützliche Eigenschaft. Wir wären in der Lage, um zu sehen, eine Vielzahl von Dingen, die außerhalb unserer normalen visuellen Bereich—und das wollen wir effektiv haben eingebaute Nachtsicht. Als Tian erklärte Zelle:

Die Menschen versuchen, neue Technologien zu entwickeln, zu aktivieren Fähigkeiten, die über unsere natürlichen Fähigkeiten. Sichtbares Licht, das wahrgenommen werden kann, die durch menschliche Natürliche vision nimmt nur einen sehr kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums. Elektromagnetische Wellen, die länger oder kürzer als unser sichtbares Licht tragen viel mehr Informationen…Je nach material kann ein Objekt auch unterschiedliche NIR-absorption und-Reflexion. Wir konnten nicht erkennen, dass Informationen mit unseren nackten Augen.

Eine andere kühle Sache über diese mögliche Erweiterung ist, dass es nicht erfordern eine person zu tragen ist umständlich und Energie-intensive Geräte, wie die oben genannten Nacht-vision-Brille. Noch ist es erforderlich jede genetische manipulation. Das Militär wird sehr wahrscheinlich sein Interesse an dieser Arbeit.

Dayong Jin von der School of Mathematical and Physical Sciences an der University of Technology Sydney beschrieben die neue Arbeit als “sehr innovativ und inspirierend.” Dayong, wer war nicht beteiligt mit der Studie, sagte, dass nach seinem besten wissen, “diese Arbeit ist die erste demonstration von implantierbaren und “tragbar” optische nanobauelemente.” Er sagte, es sei wichtig, dass keine Entzündungen oder zelluläre Tod wurde beobachtet in den Mäusen, aber es ist möglich, dass einige Zellen abgesaugt, die Nanopartikel, eine Aussicht, “die es verdient einige weitere sorgfältige Untersuchungen.”

Ebenso Kefalov war beeindruckt von der Forschung, sagte: “die Autoren haben eine erstaunlich gute Arbeit die Charakterisierung der Effekte von Injektion Infrarot-empfindliche Nanopartikel auf der visuellen Funktion von Mäusen,” fügte hinzu, dass dies “Pionierarbeit zeigt eine geniale und mächtige Methode, um die Fähigkeit des visuellen Systems zur Erkennung von Licht außerhalb der natürlichen sichtbaren Bereich.” Er dachte, es sei “erstaunlich”, dass die Nanopartikel nicht zu stören die normale Funktion der Photorezeptoren im sichtbaren Licht.

Ob die Technik verwendet werden könnte, um die richtige Sehbehinderungen wie Farbenblindheit, das ist weniger klar, sagte er.

“Als die Methode beruht auf der angeborenen Fähigkeit der Photorezeptoren zu erkennen und zu verstärken Licht-Signale, die mit diesem Ansatz zur überwindung beeinträchtigt lichtempfänger Funktion erfordert die Entwicklung weiterer Schritte nach der Aktivierung der Erkennung von Licht außerhalb des sichtbaren Bereichs” Kefalov sagte Gizmodo.

Blick in die Zukunft, Tian und Gang verbessern möchte, die Technik mit der Bio-basierten Nanopartikeln, die aus FDA-zugelassenen verbindungen, die dazu führen können, noch heller, Infrarot-vision. Sie möchte auch zu optimieren, die Technik zu machen, es besser an die menschliche Biologie. Optimistische, wo diese Technologie geleitet wird, Tian und seine Gang haben schon behauptet, ein patent mit Bezug zu Ihrer Arbeit.

Ich kann mir schon vorstellen, dass die TV-Werbung: “Fragen Sie Ihren Arzt, wenn nah-Infrarot-vision ist das richtige für Sie.”

[Cell]

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