Descoperire științifică fără precedent: Cercetătorii au reușit să facă pielea unui șoarece transparentă / „Poți vedea ce a mâncat la micul dejun”

În romanul științifico-fantastic din 1897 al lui H.G. Wells, „Omul invizibil”, protagonistul inventează un ser care face celulele din corpul său transparente prin controlarea modului în care acestea reflectă lumina.

Mai mult de 100 de ani mai târziu, oamenii de știință au descoperit o versiune reală a substanței: Conform unui nou studiu publicat în revista Science, un colorant alimentar utilizat în mod obișnuit poate face pielea unui șoarece temporar transparentă, permițând oamenilor de știință să vadă funcționarea organelor acestuia, informează CNN.

Descoperirea ar putea revoluționa cercetarea biomedicală și, în cazul în care va fi testată cu succes pe oameni, ar putea avea aplicații de mare amploare în medicină și îngrijirea sănătății, cum ar fi să facă venele mai vizibile pentru a extrage sânge.

Cercetătorii au făcut transparentă pielea de pe craniul și burta șoarecilor vii prin aplicarea unui amestec de apă și un colorant alimentar galben numit tartrazină. Spălarea soluției rămase a inversat procesul, care nu a dăunat animalelor. Blana șoarecilor a fost îndepărtată înainte de aplicarea soluției.

„Pentru cei care înțeleg fizica fundamentală din spatele acestui lucru, are sens; dar dacă nu ești familiarizat cu ea, pare un truc de magie”, a declarat într-o declarație primul autor al studiului, Zihao Ou, profesor asistent de fizică la Universitatea din Texas, Dallas.

Molecule de colorant care absorb lumina

„Magia” utilizează cunoștințe din domeniul opticii. Moleculele de colorant care absorb lumina îmbunătățesc transmiterea luminii prin piele, prin suprimarea capacității țesutului de a dispersa lumina.

Colorantul, atunci când este amestecat cu apă, modifică indicele de refracție – o măsură a modului în care o substanță curbează lumina – al părții apoase a țesutului pentru a se potrivi mai bine cu indicele proteinelor și grăsimilor din țesut. Procesul este asemănător cu disiparea unui nor de ceață.

„Am combinat colorantul galben, care este o moleculă care absoarbe cea mai mare parte a luminii, în special lumina albastră și ultravioletă, cu pielea, care este un mediu de împrăștiere”, a declarat Ou, care a efectuat studiul în calitate de cercetător postdoctoral la Universitatea Stanford din California.

„Individual, aceste două lucruri blochează cea mai mare parte a luminii să treacă prin ele”, a spus el. „Dar când le-am pus împreună, am reușit să obținem transparența pielii de șoarece”.

Odată ce colorantul a fost difuzat complet în piele, aceasta a devenit transparentă.

„Este nevoie de câteva minute pentru ca transparența să apară”, a spus Ou. „Este similar cu modul în care funcționează o cremă sau o mască facială: Timpul necesar depinde de cât de repede se difuzează moleculele în piele.”

Echipa a experimentat cu pieptul de pui înainte de a efectua lucrări pe animale vii.

La șoareci, cercetătorii au putut observa vasele de sânge direct pe suprafața creierului prin pielea transparentă a craniului. Organele interne ale șoarecilor au fost vizibile în abdomen, precum și contracțiile musculare care mișcă alimentele prin tractul digestiv.

Zonele transparente capătă o culoare oranj, a spus Ou, similară cu cea a colorantului alimentar.

Colorantul utilizat în soluție este cunoscut sub denumirea FD&C Yellow No. 5, certificat pentru utilizare de către US Food and Drug Administration. Colorantul sintetic este frecvent utilizat în chipsurile de culoare portocalie sau galbenă, în acoperirea bomboanelor, în înghețată și în produsele de patiserie. Cu toate acestea, un studiu realizat în 2021 de către Biroul de evaluare a riscurilor pentru sănătatea mediului din California a asociat colorantul cu dificultăți comportamentale și scăderea atenției în rândul copiilor. Un proiect de lege de stat, dacă va fi promulgat, va interzice utilizarea colorantului alimentar în alimentele servite în școlile publice din California.

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

Posibile aplicații biomedicale pentru oameni

Cercetătorii nu au testat procesul pe oameni și nu este clar ce doză de colorant sau ce metodă de administrare ar fi necesară. Pielea umană este de aproximativ 10 ori mai groasă decât cea a unui șoarece, potrivit cercetătorilor.

„Privind în perspectivă, această tehnologie ar putea face venele mai vizibile, ușurând … procedura de prelevare a sângelui sau de administrare a lichidelor prin intermediul unui ac – în special pentru pacienții în vârstă cu vene care sunt dificil de localizat”, a declarat autorul principal Guosong Hong, profesor asistent la Stanford de știința materialelor, prin e-mail.

„În plus, această inovație ar putea ajuta la detectarea timpurie a cancerului de piele, ar putea îmbunătăți penetrarea luminii pentru tratamentele țesuturilor profunde, cum ar fi terapiile fotodinamice și fototermice, și ar putea face mai simplă îndepărtarea tatuajelor cu laser”.

Christopher Rowlands, lector superior în cadrul departamentului de bioinginerie de la Imperial College din Londra, a declarat că se „bate cu pumnul în piept” pentru că nu a avut aceeași intuiție ca echipa condusă de Stanford, care se bazează pe principiul fizic studiat pe scară largă și de lungă durată numit relațiile Kramers-Kronig: Atunci când un material absoarbe multă lumină la o culoare, acesta va curba lumina mai mult la alte culori.

„Este evident atunci când cineva îl evidențiază, dar nimeni nu s-a gândit la el timp de 100 și ceva de ani”, a declarat Rowlands, care nu a fost implicat în studiu, dar a fost coautor al unui comentariu publicat în paralel cu cercetarea.

Împreună cu Jon Gorecki, un fizician optic experimental de la aceeași instituție care, de asemenea, nu a fost implicat în studiu, Rowlands a scris că abordarea a oferit o nouă modalitate de a vizualiza structura și activitatea țesuturilor și organelor profunde ale unui animal viu într-o manieră sigură, temporară și neinvazivă.

„Pur și simplu funcționează. Îl freci (cu substanța) pe un șoarece și poți vedea ce a mâncat la micul dejun. Este atât de puternic”, a adăugat el.

Rowlands și Gorecki au afirmat că metodele existente de transparentizare a țesuturilor utilizează soluții care au efecte secundare precum deshidratarea și umflarea și pot modifica structura țesutului. Cu toate acestea, tartrazina a fost utilizată la o concentrație scăzută, iar efectele sale au fost ușor de anulat, facilitând potențial studiul prelungit al proceselor biologice la animalele vii, au scris ei.

Cei doi au remarcat că descoperirea a fost un exemplu de viață care imită arta, soluția de colorant fiind ecoul serului imaginat în „Omul invizibil”.

„Protagonistul (din poveste) inventează un ser care face celulele din corpul său transparente prin controlul precis al indicelui lor de refracție pentru a se potrivi cu cel al mediului înconjurător, aerul”, au scris ei.

„O sută douăzeci și șapte de ani mai târziu … coloranții biocompatibili fac țesuturile vii transparente prin reglarea indicelui de refracție al mediului înconjurător pentru a se potrivi cu cel al celulelor”.

Cu toate acestea, Ou și Hong au spus că un șoarece complet invizibil este o exagerare: Abordarea actuală nu poate face oasele transparente.

„Până acum, am testat doar țesuturile moi, inclusiv creierul, mușchii și pielea. Nu am făcut multe investigații cu țesuturile dure, cum ar fi osul, așa că nu sunt sigur dacă am putea face șoarecele complet invizibil”, a declarat Ou prin e-mail.

„Cu toate acestea, un (șoarece) parțial transparent va permite deja numeroase oportunități de cercetare pentru a răspunde la întrebări legate de dezvoltare, regenerare, precum și îmbătrânire”.