Nanopartikel verleihen Mäusen den Super-Blick

Organische Nanopartikel: Nahes Infrarot wird blau sichtbar.

Bild: Gang Han

Forscher der Massachusetts Medical School haben ganz normalen Mäusen die Fähigkeit zum Sehen von nahem Infrarot verliehen. Versionen dieser Nanopartikel könnten laut den auf dem American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting präsentierten Fortschritten eines Tages Menschen eine integrierte Nachtsicht ermöglichen.

Komplett neue Wahrnehmung

Laut dem leitenden Wissenschaftler Gang Han würde ein Sehen von nahem Infrarot es Menschen ermöglichen, das Universum auf eine ganz neue Art und Weise wahrzunehmen. "Infrarotastronomie mit freiem Auge könnte genauso möglich werden wie eine Nachtsicht ohne umfangreiche Geräte."

Die Augen von Menschen und anderen Säugetieren können Licht zwischen einer Wellenlänge von 400 und 700 Nanometer (nm) erkennen. Nahes Infrarot (NIR) verfügt mit 750 nm bis 1,4 Mikrometer über eine größere Wellenlänge. Wärmbildkameras können das Sehen im Dunkeln durch das Erkennen der NIR-Strahlung erleichtern, die von Organismen oder Objekten abgegeben wird. Diese Geräte sind jedoch normalerweise sperrig und unbequem.

Nanomaterial ins Auge injiziert

Hans Team wollte herausfinden, ob es Mäusen durch das Injizieren einer speziellen Art von Nanomaterial in die Augen ermöglicht werden kann, nahes Infrarot zu sehen. Bei diesem Nanomaterial handelt es sich um Photonen aufkonvertierende Nanopartikel (UCNPs). Die Partikel enthalten Erbium und Ytterbium. Sie können die energiearmen Photonen des nahen Infrarot in ein energiereicheres grünes Licht umwandeln, das für die Augen von Säugetieren wahrnehmbar ist.

Bei einer in diesem Jahr bereits veröffentlichten Studie hat das Team die UCNPs auf die Fotorezeptoren in den Augen der Mäuse ausgerichtet. Ermöglicht wurde das durch das Hinzufügen eines Proteins, das sich an ein Zuckermolekül an der Oberfläche der Fotorezeptoren anbindet. In einem nächsten Schritt wurden diese UCNPs hinter die Retina der Mäuse injiziert.

Erste Tests erfolgreich verlaufen

Um festzustellen, ob die Tiere nahes Infrarot sehen und mental verarbeiten konnten, führte das Team mehrere physiologische und Verhaltenstests durch. Bei einem Test wurden die Mäuse in einem Y-förmigen Wassertank platziert. Ein Zweig des Tanks verfügte über eine Plattform mithilfe derer die Tiere dem Wasser entkommen konnten.

Die Forscher trainierten die Mäuse so, dass sie in Richtung des sichtbaren Lichts in Form eines Dreiecks schwammen. Ein ähnlich erleuchteter Kreis markierte den Zweig ohne Plattform. In einem nächsten Schritt wurde das sichtbare Licht durch NIR-Licht ersetzt. "Die behandelten Tiere konnten das Dreieck klar sehen und es jedes Mal erreichen, die anderen Mäuse konnten keinen Unterschied zwischen den beiden Formen feststellen."

Suche nach organischen Alternativen

Obwohl UCNPs in den Augen der Mäuse mindestens zehn Wochen lang erhalten blieben und keine spürbaren Nebenwirkungen verursachen, plant Han bereits, die Sicherheit und Empfindlichkeit der Nanomaterialien zu verbessern. Erst dann seien Tests mit Patienten überhaupt denkbar. "Die UCNPs in unserer veröffentlichten Studie sind anorganisch, hier gibt es einige Nachteile. Die Biokompatibilität ist nicht vollständig geklärt und wir müssen die Helligkeit der Nanopartikel für den Einsatz beim Menschen verbessern."

Derzeit wird mit UCNPs aus zwei organischen Farbstoffen experimentiert. "Wir haben nachgewiesen, dass wir organische UCNPs mit einer deutlich verbesserten Helligkeit herstellen können. Diese organischen Nanopartikel können entweder grünes oder blaues Licht abgeben." Ein weiterer Vorteil könnten weniger regulatorische Hindernisse sein. Einer der nächsten Schritte des Projekts könnte die Übertragung der Technologie auf Hunde sein. Damit würde ein Superhund einen Schritt näher rücken.

Quelle: www.pressetext.com/Moritz Bergmann