Обычный пищевой краситель может сделать кожу живых мышей прозрачной, что позволяет исследователям заглянуть внутрь организма без хирургического вмешательства.
Впервые учёные использовали этот метод, чтобы увидеть ткани живых мышей под микроскопом. Они использовали 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, от белков до жиров и жидкостей, и каждое вещество по-своему преломляет падающий на него свет. Это свойство называется показателем преломления материала.
Если частицы света попадают на границу между двумя материалами с разными показателями преломления, они вынуждены менять направление или рассеиваться. В то время как свет может легко проходить сквозь прозрачные материалы — например, сквозь стакан с водой, — непрозрачные материалы преграждают путь свету, заставляя его рассеиваться во многих направлениях. Затем этот рассеянный свет попадает в ваши глаза, когда вы смотрите на материал, и мозг интерпретирует его как исходящий от непрозрачного объекта. Вот почему обычно вы не можете видеть сквозь чьё-то тело.
Но теперь учёные обнаружили простой способ изменить прозрачность кожи: они взяли концентрированный пищевой краситель, который хорошо поглощает свет, растворили его в воде и нанесли раствор на кожу, что сбалансировало показатели преломления веществ в этой ткани и сделало её временно полупрозрачной.
Они протестировали этот метод на грызунах, используя сертифицированную Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США пищевую добавку под названием тартразин, также известную как FD&C Yellow No. 5. Этот жёлто-оранжевый краситель часто добавляют в такие продукты, как десерты и конфеты, а также в различные напитки, лекарства и косметику.
После того как первые эксперименты показали, что тартразин может сделать кусочки куриной грудки прозрачными, команда исследователей обратилась к лабораторным мышам. Они нанесли раствор тартразина на кожу грызунов, а затем наблюдали за животными под микроскопом.
«Для появления прозрачности требуется несколько минут», — сказал ведущий автор исследования Цзыхао Оу, доцент кафедры физики Техасского университета в Далласе, в заявлении. «Это похоже на то, как работает крем или маска для лица: необходимое время зависит от того, насколько быстро молекулы проникают в кожу».
Как только раствор подействовал, исследователи смогли увидеть кровеносные сосуды, проходящие по поверхности черепа мышей, с разрешением на уровне микрометра (0,001 миллиметра). В ходе отдельного эксперимента они нанесли раствор тартразина на брюшную полость мышей. Через несколько минут они смогли чётко различить такие органы, как печень, тонкий кишечник и мочевой пузырь. Они даже могли видеть, как сокращаются мышцы кишечника, а также едва заметные движения живота, вызванные дыханием и биением сердца.
Прозрачность можно было восстановить, промыв кожу мышей водой и удалив раствор пищевого красителя. Избыток тартразина, попавший в организм, выводился с мочой грызунов в течение 48 часов после нанесения.
Исследователи отметили, что в краткосрочной перспективе лечение вызывало «минимальное воспаление», но, судя по изменениям в весе животных и результатам анализов крови, не оказывало долгосрочного влияния на их здоровье.
«Этот подход предлагает новый способ визуализации структуры и активности глубоких тканей и органов in vivo [в живом организме] безопасным, временным и неинвазивным способом», — Кристофер Роулендс и Джон Горецки из Имперского колледжа Лондона написали в комментарии к новому исследованию. Ни Роулендс, биоинженер, ни Горецки, физик, не участвовали в новой работе.
Новая методика ещё не была протестирована на людях. Наша кожа примерно в четыре раза толще, чем у мышей, поэтому тартразину будет сложнее проникнуть в её самый глубокий слой. Но если будущие исследования покажут, что краситель безопасен для людей, он может стать полезным медицинским инструментом, говорит исследовательская группа.
«В перспективе эта технология может сделать вены более заметными для забора крови, упростить удаление татуировок с помощью лазера или помочь в раннем выявлении и лечении рака», — заявил соавтор исследования Гуосон Хонг, доцент кафедры материаловедения и инженерии Стэнфордского университета.