Folosind un colorant alimentar, cercetătorii au creat o soluție care face pielea transparentă

În cadrul unui nou studiu de pionierat, cercetătorii au făcut transparentă pielea de pe craniul și abdomenul unor șoareci vii, aplicând pe zonele respective un amestec de apă și un colorant alimentar obișnuit de culoare galbenă, potrivit 360medical.

Pielea vie, la fel ca ceața, împrăștie lumina, motiv pentru care nu se poate vedea prin ea. Cel puțin până la experimentul revoluționar al oamenilor de știință de la Stanford, care au reușit să vadă prin pielea unui șoarece viu până la organele sale interne, prin simpla aplicare a unor molecule obișnuite de absorbție a luminii.

Pentru această reușită ei au folosit un colorant aprobat, tartrazina, de culoare galbenă, care se găsește în mod obișnuit în alimente, printre alte câteva molecule care absorb lumina și care prezintă efecte similare.

Publicată în revista Science, pe 5 septembrie, cercetarea detaliază modul în care aplicarea unei soluții de colorant pe pielea unui șoarece într-un laborator a permis cercetătorilor să vadă, cu ochiul liber, prin piele până la organele interne ale animalului, fără a efectua o incizie. Și, la fel de ușor cum s-a produs transparența, aceasta poate fi inversată, spun oamenii de știință.

„Imediat ce am clătit și masat pielea cu apă, efectul a fost inversat în câteva minute”,

a declarat Guosong Hong, profesor asistent de știința și ingineria materialelor și autor principal al lucrării.

„Este un rezultat uimitor”,

a precizat acesta într-un comunicat al universității.

„Am combinat colorantul galben, care este o moleculă ce absoarbe majoritatea luminii, în special lumina albastră și ultravioletă, cu pielea, care este un mediu de împrăștiere. Individual, aceste două elemente blochează trecerea luminii, dar când le-am pus împreună, am reușit să obținem transparența pielii de șoarece”,

precizat la rândul său prof. dr. Zihao Ou, care, împreună cu colegii săi, a realizat studiul în timp ce era cercetător postdoctoral la Universitatea Stanford, înainte de a se alătura facultății UT Dallas din cadrul Școlii de Științe Naturale și Matematică în august.

„Pentru cei care înțeleg fizica fundamentală din spatele acestui lucru, are sens, dar dacă nu ești familiarizat cu aceste noțiuni, reușita arată ca un truc magic”,

a glumit Ou.

„Magia” se produce deoarece dizolvarea moleculelor care absorb lumina în apă modifică indicele de refracție al soluției – o măsură a modului în care o substanță curbează lumina – într-un mod care se potrivește cu indicele de refracție al componentelor țesutului, precum lipidele. În esență, moleculele de colorant reduc gradul în care lumina se împrăștie în țesutul pielii, ca disiparea unui banc de ceață.

Atunci când undele luminoase lovesc pielea, țesutul le împrăștie, făcând-o să pară opacă și netransparentă pentru ochi. Acest efect de împrăștiere provine din diferența dintre indicii de refracție ai diferitelor componente ale țesutului, cum ar fi apa și lipidele.

Apa are, de obicei, un indice de refracție mult mai mic decât lipidele în spectrul vizibil, ceea ce face ca lumina vizibilă să se împrăștie atunci când trece prin țesutul care le conține pe ambele.

În experimentele lor cu șoareci, cercetătorii au frecat soluția de apă și colorant pe pielea craniului și abdomenului animalelor. Pielea a devenit roșie, indicând faptul că o mare parte din lumina albastră a fost absorbită datorită prezenței acestei molecule care absoarbe lumina. Această creștere a absorbției a modificat indicele de refracție al apei la o lungime de undă diferită – în acest caz, roșu. Ca urmare a absorbției colorantului, indicele de refracție al apei se potrivește cu cel al lipidelor în spectrul roșu, ceea ce duce la reducerea împrăștierii și face ca pielea să pară mai transparentă la lungimea de undă roșie.

Odată ce colorantul s-a difuzat complet în piele, aceasta a devenit transparentă. Procesul este reversibil prin îndepărtarea prin spălare a colorantului rămas. Colorantul care a difuzat în piele este metabolizat și excretat prin urină.

„Este nevoie de câteva minute pentru ca transparența să apară”,

a spus prof. dr. Ou.

„Este similar cu modul în care funcționează o cremă sau o mască facială: Timpul necesar depinde de cât de repede difuzează moleculele în piele”,

a explicat cercetătorul american.

Cercetătorii au putut vedea, fără echipament special, organele interne funcționale, inclusiv ficatul, intestinul subțire, cecumul și vezica urinară. De asemenea, au putut vizualiza fluxul sanguin din creier și structurile fine ale fibrelor musculare din membre. Inima șoarecelui care bătea și sistemul respirator activ au indicat că transparența a fost obținută cu succes la animalele vii.

În plus, colorantul nu a modificat permanent pielea subiectului, iar transparența a dispărut imediat ce colorantul a fost clătit cu apă.

Cercetătorii consideră că aceasta este prima abordare neinvazivă pentru obținerea vizibilității organelor interne vii ale unui șoarece.

„Este important ca colorantul să fie biocompatibil pentru a  fi sigur pentru organismele vii. În plus, este foarte ieftin și eficient; nu avem nevoie de foarte mult din el pentru a funcționa”,

a precizat dr. Ou.

Zonele transparente capătă o culoare portocalie, a explicat dr. Ou. Colorantul utilizat în soluție este cunoscut sub denumirea de tartrazină roșie – colorantul alimentar FD&C Galben #5  – și este frecvent utilizat în chipsurile de culoare portocalie sau galbenă, în învelișurile de bomboane și alte alimente. Administrația americană pentru alimente și medicamente (FDA) a certificat nouă aditivi coloranți – tartrazina fiind unul dintre aceștia – pentru utilizarea în alimente.

Cercetătorii nu au testat încă procesul pe oameni, a căror piele este de aproximativ 10 ori mai groasă decât cea a unui șoarece. În acest moment, nu este clar ce doză de colorant sau ce metodă de livrare ar fi necesară pentru a penetra întreaga grosime a pielii umane, a precizat dr. Ou.

„În medicina umană, avem în prezent ultrasunete pentru a privi mai adânc în interiorul corpului viu”,

a explicat dr. Ou.

„Multe platforme de diagnosticare medicală sunt foarte scumpe și inaccesibile pentru un public larg, dar platformele bazate pe această tehnologia nu ar trebui să fie”,

a mai precizat el.

Viitorul potențial al țesuturilor transparente

Momentan, studiul a fost efectuat doar pe un animal. Dacă tehnică va putea fi transpusă la oameni, ar putea oferi o serie de beneficii biologice, de diagnosticare și chiar cosmetice, au precizat autorii studiului.

De exemplu, în loc de biopsii invazive, testarea melanomului ar putea fi efectuată prin observarea directă a țesutului unei persoane, fără a-l îndepărta. Această abordare ar putea, de asemenea, să înlocuiască unele radiografii și scanări CT și să facă prelevările de sânge mai puțin dureroase, ajutându-i pe flebotomiști să găsească cu ușurință venele. Totodată, ar putea îmbunătăți servicii precum îndepărtarea tatuajelor cu laser, ajutând la concentrarea fasciculelor laser exact acolo unde se află pigmentul sub piele.

„Acest lucru ar putea avea un impact asupra îngrijirii sănătății și ar putea evita ca oamenii să fie supuși unor tipuri de teste invazive”,

a precizat Hong.

„Dacă ne-am putea uita la ceea ce se întâmplă sub piele, în loc să o tăiem sau să folosim radiații pentru a obține o imagine mai puțin clară, am putea schimba modul în care vedem corpul uman”.

De asemenea, una dintre primele aplicații ale tehnicii va fi probabil îmbunătățirea metodelor de cercetare existente în imagistica optică.

„Echipamentul optic, cum ar fi microscopul, nu este utilizat în mod direct pentru a studia oameni sau animale vii, deoarece lumina nu poate trece prin țesuturile vii, dar acum că putem face țesutul transparent, ne va permite să observăm o dinamică mai detaliată. Aceasta va revoluționa complet cercetarea optică existentă în biologie”,

a mai precizat dr. Ou.

Această cercetare reprezintă o nouă aplicare a unor ecuații vechi de zeci de ani care pot descrie relația dintre absorbție și indicele de refracție, denumite relațiile Kramers-Kronig. În plus față de acest colorant alimentar, alte câteva molecule care absorb lumina au demonstrat efecte similare, confirmând astfel caracterul generalizabil al fizicii care stă la baza acestui fenomen.