Nanopartículas especiais (mostradas em branco) aderem às hastes (esquerda) e cones (direita) nos fotorreceptores de camundongos.Ao injetar nanopartículas nos olhos dos ratos, os cientistas permitiram que eles vissem perto da luz infravermelha - radiação eletromagnética, geralmente não visível aos roedores (ou humanos). Uma inovação única, que é ainda mais incomum quando entendida, é que essa técnica pode ser usada em humanos.
Uma equipe de pesquisa liderada por Tian Xue, da
Universidade de Ciência e Tecnologia da China, e Gang Khan, da
Faculdade de Medicina da
Universidade de Massachusetts, mudou a visão dos ratos para que eles possam ver
a luz infravermelha próxima (NIR), mantendo sua capacidade natural de ver a luz normal. Isso foi realizado injetando nanopartículas especiais nos olhos. O efeito durou cerca de 10 semanas e sem efeitos colaterais graves.
Uma série de testes mostrou que os ratos realmente viram luz infravermelha, e não outras coisas. Os cientistas dizem que o olho humano não é muito diferente dos olhos dos ratos, o que leva a uma perspectiva fantástica sobre a aplicação desta técnica aos seres humanos.
Humanos e camundongos podem ver apenas uma seção estreita do espectro eletromagnético, indicado pela banda do arco-íris. Outros animais, como pássaros ou abelhas, são capazes de ver ultravioleta e as cobras têm radiação infravermelha.Os seres humanos, como os ratos, podem ver apenas uma seção estreita do
espectro eletromagnético . O espectro de comprimentos de onda invisíveis para os seres humanos é enorme, não vemos nada além das fronteiras do chamado
espectro visível (comprimentos de onda de 380 - 740 nanômetros). A radiação infravermelha existe na forma de ondas mais longas, de 800 nm a um milímetro.
Objetos no mundo, sejam pessoas ou um prato quente de sopa ou algo frio como um cubo de gelo, emitem radiação infravermelha. Mamíferos, como humanos e camundongos, não podem ver o NIR, mas temos tecnologias, como óculos de visão noturna ou térmica, que podem converter esse espectro invisível em luz que podemos ver. A nova técnica usada nos ratos faz algo semelhante, mas, em vez de confiar na tecnologia vestível, os cientistas usaram uma solução biológica.
Para permitir que os ratos vejam além do espectro visível normal, Tian e Ganges desenvolveram nanopartículas especiais que aumentam a frequência da radiação e são capazes de funcionar nas estruturas oculares de roedores existentes. Gotas de líquido contendo pequenas partículas foram injetadas diretamente em seus olhos, nas quais, usando âncoras especiais, elas se ajustam perfeitamente às células fotorreceptoras. As células fotorreceptoras - bastões e cones - normalmente absorvem os comprimentos de onda da luz visível, que o cérebro interpreta como visão. No experimento, as nanopartículas injetadas converteram o NIR em uma onda visível, que o cérebro do rato podia perceber como informação visual (neste exemplo, eles consideraram o NIR a luz verde). As nanopartículas estavam nos olhos por dois meses, permitindo que os ratos vissem o NIR e a luz visível com efeitos colaterais mínimos.
Imagem gráfica do processo de visão. Quando a luz infravermelha (vermelha) entra na célula fotorreceptora (círculo verde claro), as nanopartículas (círculos cor de rosa) convertem o NIR em luz verde visível.Nanopartículas em células fotorreceptoras serviram como um transdutor de luz infravermelha. As ondas infravermelhas foram capturadas na retina por nanopartículas, que as emitiram como ondas mais curtas de luz visível. Assim, bastonetes e cones que absorvem ondas mais curtas foram capazes de receber esse sinal e enviar as informações convertidas para a zona visual do córtex cerebral. Em particular, as partículas injetadas absorveram um NIR de cerca de 980 nm de comprimento e o converteram em 535 nm de luz. Os ratos perceberam a luz infravermelha como verde. O resultado foi semelhante à observação do NIR em óculos de visão noturna, exceto que os ratos também poderiam manter sua percepção normal da luz visível. Como já indicado, o efeito foi temporário, por várias semanas, em alguns ratos a córnea ficou turva, o que rapidamente desapareceu.
Para provar que o método realmente funciona, Tian e Gang conduziram uma série de testes e experimentos.
Por exemplo, as pupilas dos ratos diminuíram quando expostas ao NIR, enquanto as pupilas dos ratos sem injeção não. E quando expostas exclusivamente ao NIR, medições da atividade elétrica do cérebro em camundongos injetados com nanopartículas mostraram que os olhos e o córtex visual funcionam como na presença de luz visível.
Testes comportamentais também mostraram que a técnica funciona. Os ratos colocados no labirinto em forma de Y foram ensinados a reconhecer a localização da plataforma de abrigo oculto que o NIR aponta. Durante os testes, os camundongos injetados constantemente encontravam uma plataforma, e os camundongos sem injeções nadavam pelo labirinto. Outro teste incluiu uma caixa com dois compartimentos: um completamente sem luz e o outro iluminado pelo NIR. Os ratos, como criaturas noturnas, gravitam em direção à escuridão. Nos testes, os camundongos injetados com as nanopartículas passaram mais tempo no compartimento sem luz, e os camundongos sem injeções não mostraram preferência.
"Esses extensos experimentos não deixam dúvidas de que os camundongos injetados com nanopartículas sensíveis ao infravermelho adquirem a capacidade de ver luz infravermelha e receber informações visuais", disse Vladimir Kefalov, professor de oftalmologia e ciências visuais da Universidade de Washington em St. Louis.
Em um comunicado à imprensa, Tian indicou que as nanopartículas se agarravam a bastões e cones e foram ativadas por luz infravermelha mergulhada, de modo que "acreditamos que essa tecnologia funcionará nos olhos humanos, não apenas como super visão, mas também para fins terapêuticos". Em entrevista à Cell, ele esclareceu dizendo:
Ao contrário dos ratos, os seres humanos e outros primatas têm uma estrutura retiniana chamada fóvea, que fornece visão central de alta definição. Na fóvea humana, a densidade dos cones é muito maior que a das varas; enquanto o número de paus na retina do mouse é maior. Como os cones têm diferentes sensibilidades espectrais e de intensidade em comparação com as hastes, talvez seja necessário ajustar o espectro de emissão UCNP para ativar mais efetivamente os cones do tipo desejado em humanos.
Como Tian disse, para que essa tecnologia funcione para uma pessoa, ela precisa ser alterada, mas novos experimentos mostram que sua mudança é possível. Kefalov disse que o potencial para usar esse conceito em humanos é real e empolgante, mas alertou que ainda temos um longo caminho a percorrer.
"Os autores mostraram que uma única injeção de nanopartículas não afeta negativamente a retina do mouse", disse Kefalov. "No entanto, ainda não está claro se a visão infravermelha prática exigirá injeções repetidas e, se for o caso, se a visão infravermelha crônica afetará a estrutura e a função de nossos olhos."
A capacidade de ver a luz infravermelha parece fantástica, mas isso certamente seria um sinal útil. Poderíamos ver muitas coisas além dos limites do nosso espectro visual usual - e teríamos um sistema de visão noturna embutido. Como Tian explicou a Cell:
Os cientistas estão tentando desenvolver uma nova tecnologia que permita o uso de habilidades além de nossas capacidades naturais. A luz visível, que pode ser percebida pela visão natural da pessoa, ocupa uma parte muito pequena do espectro eletromagnético. Ondas eletromagnéticas maiores ou menores que a luz visível carregam muito mais informações. Dependendo do material, o objeto também pode ter absorção e reflexão diferentes no infravermelho próximo. Não podemos detectar essas informações a olho nu.
Outra característica interessante dessa melhoria em potencial é que uma pessoa não precisa usar equipamentos volumosos e que consomem muita energia, como óculos de visão noturna. E a tecnologia não requer nenhuma manipulação genética. Muito provavelmente, os militares estarão interessados neste trabalho.
Dayong Jin, da
Escola de Ciências Matemáticas e Físicas da Universidade de Tecnologia de Sydney, chamou o novo trabalho de "muito inovador e inspirador". Dayong disse que, ao seu conhecimento, "este trabalho é o primeiro exemplo de nanodispositivos ópticos implantáveis e" usáveis "". Ele disse que é importante que os camundongos não apresentem inflamação ou morte celular, mas é possível que algumas células absorvam nanopartículas, uma perspectiva “digna de mais escrutínio”.
Da mesma forma, Kefalov ficou impressionado com o estudo, afirmando que “os autores fizeram um trabalho incrivelmente bom ao caracterizar o efeito de injetar nanopartículas sensíveis ao infravermelho na função visual de ratos”, acrescentando que “este trabalho inovador demonstra um método original e poderoso de aprimorar a capacidade do sistema visual de detectar luz em os limites do espectro visível natural ". Ele considera "impressionante" que as nanopartículas provavelmente não interfiram na função normal dos fotorreceptores na luz visível.
Quanto a saber se essa técnica pode ser usada para corrigir a deficiência visual, como daltonismo, isso é menos claro, disse ele.
"Como a recepção é baseada na capacidade dos fotorreceptores de detectar e amplificar sinais de luz, usá-la para tratar disfunções fotorreceptoras exigirá o desenvolvimento de novas etapas, além de converter a luz além do espectro visível", disse Kefalov.
Olhando para o futuro, Tian e Gang gostariam de melhorar a técnica usando nanopartículas de base orgânica que consistem em substâncias aprovadas pelo FDA, o que pode levar a uma visão infravermelha ainda mais brilhante. Eles também gostariam de personalizar a técnica para que fique mais próxima da biologia humana. Otimistas quanto à direção da tecnologia, Tian e Ganges já entraram com um pedido de patente referente ao seu trabalho.
Eu já apresento comerciais de televisão: "Pergunte ao seu médico se a visão por infravermelho próximo é ideal para você".
www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30101-1