Здійснивши дику біологічну маніпуляцію, яка здається прямо з наукової фантастики, дослідники зробили частини живих мишей прозорими. Матеріалознавець зі Стенфордського університету Зіхао У та його колеги розробили біологічно безпечний барвник, який робить тканини прозорими, впливаючи на здатність рідин, що оточують клітини, розсіювати світло.
Є надія, що подібні стратегії з часом дозволять дослідникам чітко спостерігати за роботою нутрощів організму, коли вони функціонують всередині живого тіла.
«У перспективі ця технологія може зробити вени більш помітними для забору крові, спростити видалення татуювань лазером або допомогти у ранньому виявленні та лікуванні раку», – каже матеріалознавець зі Стенфордського університету Гуосонг Хонг.
Коли світло певної довжини хвилі проходить між матеріалами, які мають різні властивості заломлення, воно розсіюється в усіх напрямках, завдяки чому матеріал виглядає непрозорим. Значною мірою тому навіть тонкі шари тканини та оточуючі їх рідини, наприклад ті, що утворюють шкіру тварин, зазвичай не прозорі.
Якщо такі біологічні матеріали мають однаковий показник заломлення, промені світла можуть відбиватися від глибших тканин і акуратно проходити через кордон, забезпечуючи рівень роздільної здатності, який інакше був би втрачений через розсіювання. Це вже відбувається природним чином у деяких тварин, зокрема у скляних жаб (Hyalinobatrachium fleischmanni) і рибок даніо (Danio rerio).
Одним зі способів, як це можна зробити в непрозорих тканинах, є доставка речовини, яка поглинає вхідне світло дуже певної довжини хвилі. Математичний зв’язок між поглинанням матеріалу та його заломленням на основі так званого відношення Крамерса-Кроніга означає, що точне налаштування однієї характеристики дозволяє іншій змінюватися до точного ступеня.
Дослідники виявили, що безпечний для харчових продуктів барвник під назвою тартразин може поглинати частину світла потрібного кольору, дозволяючи дослідникам змінювати показник заломлення рідини, що оточує клітини, і значно зменшувати розсіювання.
«Барвник є біосумісним — він безпечний для живих організмів», — пояснює Оу. «Крім того, він дуже недорогий і ефективний; нам його не потрібно дуже багато, щоб працювати».
Втирання суміші оранжево-жовтого тартразинового барвника та води в шкіру миші дозволило інженерам побачити деталі кровоносних судин і органів і навіть спостерігати скорочення м’язів травного тракту досліджуваної тварини.
«Для появи прозорості потрібно кілька хвилин», — каже Оу. «Потрібний час залежить від того, наскільки швидко молекули дифундують у шкіру».
Після цього барвник можна змити, щоб шкіра знову стала матовою. Будь-який тартразин, який проникає глибше в організм, зрештою буде виведений.
«Як фахівець з оптики, я вражений тим, як вони так багато отримали від використання зв’язків Крамерса-Кроніга — чудового прикладу того, як фундаментальні знання з оптики можна використовувати для створення нових технологій, зокрема в біомедицині», — каже Адам Вакс, керівник програми компанії Національний науковий фонд США, який підтримав роботу.
Людська шкіра, однак, приблизно в 10 разів товща за мишачу, тому поки що не ясно, чи спрацює подібний метод на нас. Дослідники прагнуть дослідити це далі. Це дослідження було опубліковано в Science.