Обычный пищевой краситель может сделать кожу живых мышей прозрачной, позволяя учёным заглядывать внутрь тела без хирургического вмешательства.
Это первый случай, когда учёные использовали данную технику для визуализации тканей живых мышей под микроскопом. Они применили безопасный для пищевых продуктов краситель, который, вероятно, можно найти в закусках в вашей кладовой, и несколько фундаментальных физических принципов, чтобы сделать мышей «прозрачными».
Биологическая ткань состоит из множества веществ, таких как белки, жиры и жидкости, причём каждое вещество по-разному преломляет свет. Эта способность называется показателем преломления материала.
Когда световые частицы сталкиваются с границей между двумя материалами с разными показателями преломления, они вынуждены менять направление, или рассеиваться. Свет легко проходит через прозрачные материалы — например, через стакан воды, — но непрозрачные материалы мешают его прохождению, рассеивая свет во многих направлениях. Этот рассеянный свет затем достигает ваших глаз, и мозг интерпретирует его как свет, исходящий от непрозрачного объекта. Именно поэтому вы обычно не можете видеть сквозь тело человека.
Однако теперь учёные нашли простой способ изменить прозрачность кожи. Они взяли концентрированный пищевой краситель, который хорошо поглощает свет, растворили его в воде и нанесли раствор на кожу. Это уравновесило показатели преломления веществ в ткани, временно сделав её полупрозрачной.
Исследователи описали этот метод в новом исследовании, опубликованном в четверг, 5 сентября, в журнале Science. Они протестировали технику на грызунах, используя сертифицированный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США краситель под названием тартразин, также известный как FD&C Yellow No. 5. Этот жёлто-оранжевый краситель часто добавляют в такие продукты, как десерты и сладости, а также в различные напитки, лекарства и косметику.
После того как первые эксперименты показали, что тартразин может сделать ломтики куриного филе прозрачными, команда перешла к лабораторным мышам. Они натерли раствором тартразина кожу головы грызунов, а затем наблюдали за животными под микроскопом.
«Прозрачность проявляется через несколько минут, — отметил в заявлении ведущий автор исследования Цзихао Оу (Zihao Ou), доцент физики Техасского университета в Далласе. — Это похоже на то, как действует крем или маска для лица: время проявления зависит от того, как быстро молекулы проникают в кожу.»
Как только раствор подействовал, исследователи смогли разглядеть расположенные на поверхности черепа мышей кровеносные сосуды с разрешением в микрометры (0,001 миллиметра). В отдельном эксперименте они нанесли раствор тартразина на живот мышей. Через несколько минут учёные чётко увидели такие органы, как печень, тонкий кишечник и мочевой пузырь. Они даже смогли наблюдать сокращение мышц кишечника, а также тонкие движения брюшной полости, вызванные дыханием и биением сердца.
Прозрачность можно было обратить вспять, смыв раствор с кожи мышей водой, удалив остатки красителя. Любой избыток тартразина, который проник в организм, выводился с мочой грызунов в течение 48 часов после применения.
Как указано в исследовании, в краткосрочной перспективе лечение вызвало «минимальное воспаление», но не оказало долгосрочных негативных последствий на здоровье животных, судя по изменениям их веса и результатам анализов крови.
«Этот метод предлагает новый способ визуализации структуры и активности глубоких тканей и органов in vivo (в живом организме) безопасным, временным и неинвазивным образом», — написали Кристофер Роулендс (Christopher Rowlands) и Джон Горецки (Jon Gorecki) из Имперского колледжа Лондона в комментарии к новому исследованию.
Ни биоинженер Роулендс, ни физик Горецки участия в исследовании не принимали.
Новая техника ещё не была протестирована на людях. Кожа человека примерно в четыре раза толще, чем у мышей, что затруднит проникновение тартразина в её самые глубокие слои. Однако, если будущие исследования покажут, что краситель работает на людях и безопасен, он может стать полезным медицинским инструментом, отмечают учёные.
«В будущем эта технология может сделать вены более видимыми для забора крови, упростить лазерное удаление татуировок или помочь в раннем обнаружении и лечении рака», — сказал соавтор исследования Гуосонг Хонг (Guosong Hong), доцент кафедры материаловедения и инженерии Стэнфордского университета.
