Столетиями люди мечтали об обретении разного рода суперспособностей, и невидимость стабильно входила в топ самых желанных сверхъестественных талантов. Эта маленькая человеческая мечта отразилась не только в научно-фантастической литературе или фильмах, но и в серьёзных научных исследованиях. Команда американских учёных несколько приблизилась к обретению сверхспособности, разработав невидимые человеческие клетки. Ход своего исследования они описали в научном журнале Nature Communications.
Среди множества видов, населяющих нашу планету, к статусу невидимости сильнее всего приблизились обитатели подводного мира – в частности, осьминоги и кальмары. Некоторые виды головоногих обладают специализированными тканями, которые позволяют им проворачивать трюк с исчезновением для защиты от хищников. Именно они стали вдохновением для исследования учёных из Калифорнийского университета в Ирвайне.
В рамках проекта под названием «Cephalopod-inspired optical engineering of human cells» исследователи попытались сымитировать особенности тканей головоногих в человеческих клетках, чтобы снабдить их аналогичными свойствами. Образцом для копирования оптических характеристик стали самки кальмара Doryteuthis opalescens. Они способны скрыться от преследователей благодаря динамическому изменению окраски своего тела, которое из мраморного белого становится практически прозрачным. Учёные позаимствовали у кальмара частицы белкового вещества, отвечающие за реализацию механизма камуфляжа, чтобы проверить, возможно ли создать невидимые человеческие клетки, которые действовали бы по схожему принципу.
В основе камуфляжного механизма головоногих лежат специализированные клетки – лейкофоры, которые могут изменять то, как свет отражается от тканей животного. Учёных заинтересовала главная составляющая лейкофор – лейкосомы, мембраносвязанные протеиновые частицы, которые состоят из белков-рефлектинов. В ходе лабораторных экспериментов исследователи культивировали полноценные человеческие клетки на базе клеточной линии, полученной из эмбриональных почек. Используя методы генетической инженерии, они научили клетки производить рефлектин. При помощи оптической микроскопии и спектрометрии они обнаружили, что, как и в тканях головоногих, в клеточной цитоплазме белки объединились в сферические наноструктуры. Эти искусственные лейкосомы изменяли то, как содержащие их клетки отражали направленный на них свет.
Используя метод количественной фазово-контрастной микроскопии, учёные окончательно убедились в том, что они действительно получили «невидимые» человеческие клетки, оптические характеристики которых в корне отличались от обычных и имели свойства, аналогичные специализированным клеткам кальмаров. Настоящим сюрпризом для учёных стал тот факт, что рефлектин не только самостоятельно образовал действующие оптические архитектуры в чужой биологической среде, но и сохранил высокую светопреломляющую способность.
Второй этап исследования заключался в поиске способов воздействия на невидимые клетки с целью «настройки» выраженности светоотражающих свойств. В частности, химики и биомолекулярные инженеры были заинтересованы в обнаружении внешних раздражителей, которые смогли бы «включать» и «выключать» невидимость клеток. Для этого учёные поместили подопытные клетки между стеклянными пластинами и воздействовали на них растворами с различной концентрацией хлорида натрия – обычной поварской соли. В то же время они производили замеры светопропускных свойств клеток. По итогу исследователи обнаружили, что при более высокой концентрации раствора клетки сильнее рассеивали свет, что делало их более заметными.
Учёные планируют продолжить развитие оптических структур на базе рефлектина. На данном этапе исследования «невидимые» человеческие клетки ещё слишком далеки от объединения в полноценного человека-невидимку. Пока что приблизиться к научной фантастике исследователям мешает уж слишком сложный процесс культивирования клеток со сверхспособностями. Однако подтверждение реальности идеи создания клеток с управляемыми оптическими характеристиками бесспорно откроет новые возможности для эволюции ряда научных отраслей. В частности, члены команды Калифорнийского университета в Ирвайне видят реальную перспективу в использовании способности модифицированных клеток реагировать на раздражители для создания новых методов оптической микроскопии.