Een enkele injectie geeft zoogdieren nachtzicht

Wetenschappers op het snijvlak van nanotechnologie zijn op weg naar het schijnbaar onmogelijke: een injectie maken waarmee we in het donker kunnen zien. Dit onderzoek opent de deur naar gloednieuwe therapeutische interventies.

Nanotechnologie en visiewetenschap hebben mogelijk een mooie toekomst.

Het zoogdieroog kan alleen reageren op een kleine golflengteband.

Over het algemeen is het bereik 400-700 nanometer. Het volledige spectrum van licht is natuurlijk veel breder.

Aan het langere uiteinde van dit spectrum bevindt zich nabij-infrarood (NIR) en infrarood licht (IR).

Zoogdieren kunnen dit soort licht niet detecteren.

Met een nachtkijker kan de gebruiker deze anders onzichtbare golflengten detecteren, maar ze zijn omslachtig. Ook raken ze overdag verzadigd met licht en functioneren ze niet meer naar behoren.

Onlangs zijn onderzoekers van de University of Science and Technology of China en de University of Massachusetts Medical School in Boston op zoek gegaan naar manieren om het zicht bij zoogdieren op NIR-golflengten te verbeteren zonder de noodzaak van draagbare technologie.

Nanotechnologie en visie integreren

Het werk maakt deel uit van een nieuwe onderzoeksgolf gericht op de integratie van nanodeeltjes met biologische systemen. Door minuscule sensoren of apparaten in levend weefsel te plaatsen, is het misschien mogelijk om nuttige nieuwe mogelijkheden te geven.

De moderne geneeskunde vindt hier al toepassingen voor. In één recensie leggen de auteurs uit: "Er zijn nu veel prominente voorbeelden van nanomaterialen die worden gebruikt om de menselijke gezondheid te verbeteren, op gebieden variërend van beeldvorming en diagnostiek tot therapeutica en regeneratieve geneeskunde."

Het meest recente onderzoek verschijnt in het tijdschrift Cel​Gang Han, Ph.D. - die universitair hoofddocent biochemie en moleculaire farmacologie is - leidde de wetenschappers.

In hun paper leggen de wetenschappers uit hoe ze "fotoreceptor-bindende upconversie nanodeeltjes" in muizen injecteerden, waardoor de dieren in het donker konden zien.

Meer specifiek gebruikten ze een subretinale injectietechniek, die veel oogartsen nu vaak gebruiken.

De innovatieve experimenten omvatten het "lijmen" van zogenaamde nano-antennes aan de retinale fotoreceptoren van muizen. Daar aangekomen zette de nano-antenne het NIR-licht om in zichtbaar groen licht. Dus zonder dat er externe apparatuur nodig was, konden de knaagdieren NIR-licht waarnemen.

Het team gebruikte lectine-nanodeeltjes om de nano-antennes op hun plaats te houden.

Een nieuwe manier om visie te benaderen

Door de muizen aan een reeks tests te onderwerpen, bewees het team dat de dieren complexe patronen in NIR-licht konden onderscheiden.

Omdat de nano-antennes zo dicht bij de fotoreceptoren waren gepositioneerd, waren er ook slechts zeer lage niveaus van NIR-licht nodig om de nanodeeltjes te activeren, waardoor lichtperceptie mogelijk werd.

Belangrijk is dat dit geen invloed had op het daglichtzicht van de dieren.

Na ongeveer 2 weken nam hun vermogen om in het donker te zien af. De muizen bleken geen nadelige effecten te ondervinden, zoals ontsteking of celdood. De bevindingen zijn natuurlijk fascinerend, maar de implicaties reiken verder dan algemene intriges.

"Met deze nano-antennes kunnen wetenschappers een aantal intrigerende vragen onderzoeken, van hoe de hersenen visuele signalen interpreteren tot het helpen behandelen van kleurenblindheid."

Gang Han, Ph.D.

Volgens de auteurs zou "Zoogdieren voorzien van NIR-zichtcapaciteit ook de weg kunnen effenen voor cruciale civiele en militaire toepassingen."

Omdat deze procedure een injectie in het oog inhoudt, zal het algemene gebruik natuurlijk beperkt zijn. Het kan echter de deur openen naar minder ingrijpende manieren om het gezichtsvermogen te verbeteren. Zoals de auteurs uitleggen:

"[I] n aanvulling op de verbetering van het gezichtsvermogen, kan dit nano-apparaat dienen als een geïntegreerd en lichtgestuurd systeem in de geneeskunde, dat nuttig zou kunnen zijn bij het herstel van de visuele functie en bij het toedienen van medicijnen voor oogaandoeningen."

Dit zijn vroege bevindingen, dus er zal meer werk nodig zijn voordat wetenschappers de techniek op grote schaal kunnen toepassen; deze resultaten zijn echter op zich al intrigerend en fascinerend.