В теле глубоководного хищника найдены кристаллы гуанина, способные изменить биомедицину
Следующий прорыв в области медицинских имплантатов может исходить от пугающей рыбы с игольчатыми клыками, которая обитает в глубоком океане. Специалисты уже давно знают, что глубокое море является живым световым представлением: примерно 75 процентов морских организмов обладают биолюминесценцией, используя специализированные светоизлучающие органы, называемые фотофорами, для охоты, спаривания и выживания в кромешной тьме. Однако новое исследование Университета Хиросимы в Японии изучило уникальные структуры, присутствующие у одного конкретного хищника — стройной большезубой рыбы (Sigmops gracilis). Интересно, что эта биолюминесцентная рыба имеет сложную встроенную световую систему.
В течение двух десятилетий профессор Масакадзу Ивасака из Университета Хиросимы стремился разгадать секреты рыбьей чешуи. В частности, он изучал кристаллы гуанина — биологические структуры, которые придают рыбе переливчатый блеск. У обычных мелководных видов, таких как золотая рыбка, эти кристаллы действуют как миллионы микроскопических зеркал, отражающих свет прямо назад. Стройная большезубая рыба играет по совершенно иным правилам. Когда Ивасака исследовал глубоководного хищника на научно-исследовательском судне, он обнаружил, что его светящиеся органы окружены плотными скоплениями игольчатых пластинок гуанина. Эти структуры не просто отражают свет. Благодаря своей уникальной игольчатой форме и слоистой организации они действуют не столько как зеркала, сколько как призмы. Эти структуры преломляют, рассеивают и активно управляют направлением света.
Профессор Ивасака отметил в пресс-релизе, что в ходе исследования он подтвердил сильное анизотропное отражение, то есть отраженный свет значительно меняется в зависимости от направления падающего света. Это предполагает ранее не распознанную роль кристаллов гуанина в контроле направления света. Чтобы отобразить это явление, команда манипулировала кристаллами гуанина с помощью электромагнитов, смещая их положение, одновременно подвергая их воздействию внешнего источника света. Кроме того, рассеяние света снималось на видео и анализировалось под разными углами, чтобы зафиксировать, как эти микроскопические структуры направляют свечение рыбы. Удивительно, но тело рыбы действует как живой фотонный кристалл, улавливая утекающий свет и перерабатывая его для максимального увеличения яркости там, где это важнее всего.
По мнению авторов исследования, слоистые кристаллические пластинки гуанина могут дать представление о биомиметических конструкциях, которые максимизируют и перерабатывают утекающий свет, а не просто отражают испускаемое излучение. Инженерное управление светом внутри человеческого тела чрезвычайно сложно: жидкости блокируют его, ткани поглощают. Тем не менее, свет необходим для всего — от отслеживания внутренних биометрических показателей до активации таргетной противораковой терапии.
Поскольку призмоподобные кристаллы стройной большезубой рыбы идеально оптимизированы для управления светом в воде, эта структура предлагает готовую схему для создания высокоэффективных микроскопических медицинских имплантатов. Вывод ясен: глубокий океан — это живая лаборатория неиспользованных технологий. Чтобы открыть их, исследователи должны покинуть сушу. Профессор Ивасака подчеркнул, что, изучая глубоководных рыб на борту исследовательского судна, он понял: важные идеи невозможно получить, используя только лабораторные материалы.
Этот опыт привел его к новому направлению — биомиметике, вдохновленной неизвестными явлениями, наблюдаемыми в полевых условиях. Мы знаем о дне океана меньше, чем о дальнем космосе, и его странные обитатели могут казаться инопланетными. Тем не менее, стройная большезубая рыба доказывает, что существа, которые выглядят как монстры, могут на самом деле хранить в себе чертежи нашего будущего.
Исследование опубликовано в журнале Biointerphases.