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Para onde o mundo vai

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Por que mamíferos não conseguiam ver infravermelho... até agora

Mônica Matsumoto

2018-04-20T19:04:00

18/04/2019 04h00

Em laboratório, cientistas injetaram nanopartículas nos olhos de ratos, que mostraram sensibilidade ao espectro infravermelho de cores após testes.

Nós, humanos, assim como muitos mamíferos, enxergamos luz apenas nas cores do arco-íris (entre o violeta e o vermelho).  Mais precisamente, nossos olhos e cérebro conseguem somente decifrar em imagem luz com comprimentos de onda nesse intervalo "visível". Cientistas do laboratório Tian Xue reportaram recentemente que é possível aumentar essa faixa para além do vermelho, e isso foi publicado neste artigo da Revista Cell.

Neste experimento bem sucedido, ratos passaram a enxergar luz infravermelha através da injeção de nanopartículas.

A luz infravermelha é usada principalmente para visão noturna. Hoje, já é possível ter esse tipo de visão com binóculos especiais.

Os binóculos e a imagem vista por ele aparecem na figura abaixo (a luz infravermelha é vista em diferentes intensidades de verde).

Figura 1: Imagem de binóculo sensível a infravermelho e exemplo de imagem obtida. Fonte: Sagem (esquerda)/Departamento de Defesa dos EUA (direita)

Isso só foi possível porque os cientistas usaram conversores capazes de traduzir essa onda em sinal de energia reconhecido pelos fotorreceptores da retina dos ratos. É como se a sensação de visão infravermelho (infravermelho próximo) fosse ativada neles.

Eles usaram, na verdade, nanopartículas que se conectaram aos fotorreceptores e atuaram como nanoantenas. Essas antenas modificam o sistema. Agem como um conversor de energia em miniatura, ou seja, transformam as ondas mais longas, em ondas menores, que se tornam visíveis.

A ideia para esse experimento veio de outro campo da ciência, a optogenética, que possibilitou o estudo de muitas funções do cérebro ao ativar ou nocautear algumas funções moleculares usando laser.

Os mamíferos têm visão limitada a ondas com comprimento de 400 nanômetros a 700 nanômetros. Isso ocorre porque as proteínas que iniciam a tradução da luz em neurotransmissão nos fotorreceptores, chamadas de opsinas, operam apenas nesses comprimentos de onda.

Outros animais conseguem visualizar fora da faixa dos mamíferos. Abelhas e formigas conseguem ver ultravioleta e alguns peixes como o salmão e anfíbios enxergam em infravermelho próximo.

O experimento, entretanto, é o primeiro a comprovar que isso é possível entre mamíferos.

Figura 2: Espectro eletromagnético. Imagem disponível em UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0

 

Para comprovar os efeitos funcionais dos nanorreceptores, os cientistas fizeram uma série de experimentos fisiológicos e comportamentais. Veja abaixo os testes de 1 a 5:

  • Teste 1: Quando somos expostos à luz, a resposta natural é a íris se contrair e a pupila diminuir. O teste chamado de reflexo pupilar à luz mostrou que os animais responderam a certa intensidade de luz infravermelha com redução da pupila.
  • Teste 2: Nos próprios fotorreceptores, também foram feitos testes de eletrorretinograma (ERGs) e de potencial visual evocado (VEP) por ativação de luz infravermelha.
  • Teste 3: Ratos gostam de locais escuros, onde podem se esconder. Um dos testes comportamentais iluminou os ratos com luz infravermelha. Aqueles animais sensíveis a esse tipo de luz logo se esconderam em uma caixa, enquanto os animais de controle foram indiferentes a esta exposição.
  • Teste 4: Os animais também responderam positivamente à associação da luz com o reflexo condicionado de perigo, quando receberam pequenos choques concomitante com um display de luz NIR.
  • Teste 5: Em outro teste comportamental, os animais foram apresentados a padrões de imagens (triângulo e círculo) e recompensas foram associados a estes padrões. A comparação com animais de controle mostrou claramente a ativação da luz infravermelha.

Não se sabe exatamente como os ratos veem essas imagens. Mas, com todos esses testes, foi mostrado que a visão deles foi sensibilizada para a luz infravermelha, inclusive com formato de imagens diferentes. O mais interessante é que este novo "poder" destes mamíferos não afetou a visão regular diurna. Não houve efeitos colaterais na visão normal!

As nanopartículas são introduzidas por injeções sub-retinais. Com essas novas possibilidades abertas, existe muito interesse em usar essa tecnologia em humanos ou outros mamíferos, com aplicações até militares. Possivelmente, quando essa nova tecnologia for aprimorada, os binóculos de visão noturna não serão mais necessários!

Figura 3: Injeção sub-retinal de nanopartículas para sensibilizar a visão infravermelha. Fonte: Cell.

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** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do UOL

Sobre os autores

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, ela tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. Monica é formada em engenharia pelo ITA e doutora em ciências pela USP, e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi é Agente de Patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO) e tem doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de Engenheiro de Computação pelo ITA. Atualmente, ele trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é um estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, Shridhar teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Sobre o blog

Novidades da ciência e tecnologia, trazidas por brasileiros espalhados pelo mundo fazendo pesquisa de ponta. Um espaço para discussões sobre os rumos que as novas descobertas e inovações tecnológicas podem trazer para a sociedade.