В новом исследовании ученые сделали кожу на черепе и животе живых мышей прозрачной, нанеся на эти участки смесь воды и обычного желтого пищевого красителя под названием тартразин. Доктор Зихао Оу, доцент кафедры физики Техасского университета в Далласе, является ведущим автором исследования, опубликованного в печатном выпуске журнала Science.
Живая кожа — это рассеивающая среда. Подобно туману, она рассеивает свет, поэтому ее невозможно увидеть насквозь. «Мы соединили желтый краситель, который является молекулой, поглощающей большую часть света, особенно синего и ультрафиолетового, с кожей, которая является рассеивающей средой. По отдельности эти две вещи блокируют большую часть света. Но когда мы соединили их, удалось добиться прозрачности мышиной кожи», — говорит Оу, автор исследования. «Для тех, кто понимает фундаментальную физику, это имеет смысл; но если вы не знакомы с ней, это выглядит как фокус», — сказал Оу.
«Магия» происходит потому, что растворение поглощающих свет молекул в воде изменяет коэффициент преломления раствора — показатель того, как вещество изгибает свет — таким образом, что он совпадает с коэффициентом преломления компонентов ткани, таких как липиды. По сути, молекулы красителя уменьшают степень рассеивания света в тканях кожи.
В экспериментах с мышами исследователи втирали раствор воды и красителя в кожу черепа и живота животных. Как только краситель полностью проникал в кожу, она становилась прозрачной. Процесс можно обратить, смыв остатки красителя. Краска, проникшая в кожу, метаболизируется и выводится с мочой.
«Прозрачность появляется через несколько минут», — говорит Оу. «Это похоже на то, как действует крем или маска для лица: необходимое время зависит от того, насколько быстро молекулы проникают в кожу».
Через прозрачную кожу черепа исследователи непосредственно наблюдали за кровеносными сосудами на поверхности мозга. В брюшной полости они следили за внутренними органами и перистальтикой — сокращениями мышц, которые перемещают содержимое по пищеварительному тракту.
По словам Оу, прозрачные участки приобретают оранжевый цвет. Краситель, применяемый в растворе, часто используется в чипсах, конфетах и других продуктах питания оранжевого или желтого цвета. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов сертифицировало девять цветовых добавок — тартразин является одной из них — для использования в продуктах питания.
«Важно, чтобы краситель был биосовместимым — безопасным для живых организмов», — говорит Оу. «Кроме того, этот экземпляр очень недорогой и эффективный: нам не нужно много красителя для работы».
Исследователи еще не проверили этот процесс на людях, чья кожа примерно в 10 раз толще мышиной. На данный момент неясно, какая доза красителя или способ его нанесения потребуются для проникновения через всю кожу человека.
«В человеческой медицине есть ультразвук, который позволяет заглянуть глубже внутрь живого организма», — говорит Оу. «Многие медицинские диагностические платформы очень дороги и недоступны для широкой аудитории, но методы, основанные на нашей технологии, не должны быть такими». По словам Оу, одним из первых применений технологии, вероятно, станет усовершенствование существующих способов исследования в области оптической визуализации.
«В нашей группе работают в основном ученые, поэтому одно из первых, о чем мы подумали, когда увидели результаты экспериментов, — как это может улучшить биомедицинские исследования», — сказали специалисты. «Оптическое оборудование, например микроскоп, не используется непосредственно для изучения живых людей или животных, потому что свет не может проходить через живые ткани. Но теперь, когда мы можем сделать ткань прозрачной, получится рассмотреть более детальную динамику. Это изменит существующие оптические исследования в биологии».
Следующие шаги в работе будут включать в себя понимание того, какая дозировка молекулы красителя может лучше всего работать в тканях человека. Кроме того, исследователи экспериментируют с другими молекулами, которые могли бы работать более эффективно, чем тартразин.
