Исследователи раскрыли секрет поглощения света кожей
Недавно группе ученых из Стэнфордского университета удалось сделать кожу живых мышей прозрачной — по крайней мере, при определенном освещении.
Фото: Зденек Махаек/unsplash.com
Ученые объясняют, что когда человек смотрит на объекты, отраженный от них свет позволяет глазу различать формы и цвета. Однако живые ткани, такие как кожа, ведут себя по-другому, поскольку они состоят из воды, белков и жиров, которые преломляют свет под разными углами. Чтобы решить эту проблему, исследователи давно разработали более сложные методы визуализации, такие как двухфотонная микроскопия и флуоресценция в ближнем инфракрасном диапазоне. Однако многие из этих методов требуют использования вредных химикатов или работают только с мертвыми тканями. Поэтому целью было найти безопасный и обратимый способ достижения прозрачности в живых организмах.
В исследовании Стэнфордского университета ученые обратились к интересному решению: пищевому красителю. Тартразин, распространенный желтый пищевой краситель, который содержится в чипсах и безалкогольных напитках, обладает уникальными свойствами. При растворении в воде и нанесении на кожу он изменяет взаимодействие света с биологической тканью.
Ключ к этому открытию, согласно анализу, лежит в физике поглощения и преломления света, в частности, в так называемых соотношениях Крамерса-Кронига, которые описывают, как материалы взаимодействуют со светом на разных длинах волн. Тартразин уже использовался в микроскопии для окрашивания отдельных частей тела, но никогда не применялся ко всем живым тканям.
Добавляя тартразин в воду и нанося его на ткани живых анестезированных мышей, исследователи смогли изменить показатель преломления воды в тканях, сделав его более похожим на показатель преломления липидов. Это позволило свету легче проходить через кожу мышей, делая их более прозрачными.
Исследователи смогли увидеть кровеносные сосуды и мышечные волокна мышей. Например, они наблюдали за дефекацией в реальном времени через прозрачную брюшную полость.
«Это открытие может быть революционным. Представьте себе возможность контролировать работу органов без инвазивных процедур или определять местоположение вен для забора крови. Это также может открыть новые горизонты в понимании того, как болезни влияют на организм на микроскопическом уровне», — подчеркивают исследователи.
Ученые отмечают, что сделать человека полностью невидимым остается маловероятным по нескольким причинам. Хотя тартразин позволяет свету проходить через ткани, он эффективен только для определенных длин волн, в основном в красной и инфракрасной областях спектра. Это означает, что при нормальном освещении мыши не становятся невидимыми для невооруженного глаза. Их прозрачность можно обнаружить с помощью специализированного оборудования для визуализации.
«Эта прозрачность влияет только на ткани, на которые нанесен краситель, и даже в этом случае она ограничена глубиной проникновения красителя. Человеческое тело гораздо сложнее, а кожа толще, чем у мышей. «Чтобы достичь прозрачности всего тела, потребуются другие уровни нанесения и технологии», — объясняют эксперты.
Добавляется, что даже если бы ученые могли улучшить технологию, достижение прозрачности всего тела создало бы серьезные проблемы, такие как обеспечение того, чтобы краситель равномерно достигал всех частей тела, не вызывая повреждений. Дело в том, что тартразин безопасен при приеме в ежедневных дозах, но может вызывать побочные эффекты, аллергические реакции, а в больших дозах оказывает токсическое воздействие на клетки, вызывая генетические мутации.