En un nuevo estudio pionero, los investigadores consiguieron que la piel del cráneo y el abdomen de ratones vivos se volviera transparente aplicando en esas zonas una mezcla de agua y un colorante alimentario amarillo común llamado tartrazina
La piel viva es un medio de dispersión. Como la niebla, dispersa la luz, y por eso no se puede ver a través de ella. Pero una nueva técnica puede volver la piel transparente, revelando los órganos que hay debajo.
El Dr. Zihao Ou, profesor adjunto de Física de la Universidad de Texas en Dallas, es el autor principal del estudio, publicado en la revista Science. «Combinamos el colorante amarillo, que es una molécula que absorbe la mayor parte de la luz, especialmente la azul y la ultravioleta, con la piel, que es un medio de dispersión. Por separado, estas dos cosas bloquean la mayor parte de la luz que las atraviesa. Pero cuando las juntamos, logramos la transparencia de la piel de ratón», explica Ou, que, junto con otros colegas, realizó el estudio mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford.
«Para los que entienden la física fundamental que hay detrás de esto, tiene sentido; pero si no estás familiarizado con ella, parece un truco de magia», dijo Ou. La «magia» se produce porque al disolver en agua las moléculas que absorben la luz cambia el índice de refracción de la solución -una medida del modo en que una sustancia desvía la luz- de forma que coincide con el índice de refracción de los componentes de los tejidos, como los lípidos. En esencia, las moléculas de colorante reducen el grado de dispersión de la luz en el tejido cutáneo, como la disipación de un banco de niebla.
En sus experimentos con ratones, los investigadores frotaron la solución de agua y colorante sobre la piel del cráneo y el abdomen de los animales. Una vez que el tinte se había difundido por completo en la piel, ésta se volvía transparente. El proceso es reversible si se lavan los restos de colorante. El colorante que ha penetrado en la piel se metaboliza y se elimina a través de la orina.
«La transparencia tarda unos minutos en aparecer», explica Ou. «Es similar al funcionamiento de una crema o mascarilla facial: El tiempo necesario depende de la rapidez con que las moléculas se difunden en la piel».
A través de la piel transparente del cráneo, los investigadores observaron directamente los vasos sanguíneos de la superficie del cerebro. En el abdomen, observaron los órganos internos y el peristaltismo, las contracciones musculares que mueven el contenido por el tubo digestivo.
Obtención de transparencia óptica en ratones vivos con moléculas colorantes absorbentes. Las moléculas fuertemente absorbentes disueltas en agua pueden modificar el RI del medio acuoso mediante las relaciones de Kramers-Kronig para igualarlo al de los lípidos. Este método puede hacer transparentes diversas muestras, como fantomas de dispersión, tejido mamario de pollo y el cuerpo de ratones vivos, para visualizar una amplia gama de estructuras y actividades profundas. Barras de escala, 5 mm. [El esquema se preparó con BioRender.com]. Universidad de Texas.
«Es importante que el colorante sea biocompatible, es decir, seguro para los organismos vivos», explica Ou. «Además, es muy barato y eficaz; no necesitamos mucha cantidad para que funcione».
Los investigadores aún no han probado el proceso en humanos, cuya piel es unas 10 veces más gruesa que la de un ratón. De momento no está claro qué dosis de tinte o método de administración serían necesarios para penetrar todo el grosor, explica Ou.
«En medicina humana, actualmente disponemos de ultrasonidos para mirar más profundamente en el interior del cuerpo vivo», dijo Ou. «Muchas plataformas de diagnóstico médico son muy caras e inaccesibles para un público amplio, pero las basadas en nuestra tecnología no deberían serlo».
Ou dijo que una de las primeras aplicaciones de la técnica será probablemente mejorar los métodos de investigación existentes en imagen óptica.
«Nuestro grupo de investigación es mayoritariamente académico, así que una de las primeras cosas en las que pensamos cuando vimos los resultados de nuestros experimentos fue en cómo esto podría mejorar la investigación biomédica», dijo. «Los equipos ópticos, como el microscopio, no se utilizan directamente para estudiar seres humanos o animales vivos porque la luz no puede atravesar el tejido vivo. Pero ahora que podemos hacer que el tejido sea transparente, nos permitirá observar una dinámica más detallada. Revolucionará por completo la investigación óptica actual en biología».
En su nuevo laboratorio de bioimagen dinámica de la UTD, Ou continuará la investigación que inició con el Dr. Guosong Hong, profesor adjunto de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford y autor correspondiente del estudio. Según Ou, los siguientes pasos de la investigación consistirán en determinar qué dosis de la molécula de colorante puede funcionar mejor en el tejido humano. Además, los investigadores están experimentando con otras moléculas, incluidos materiales artificiales, que podrían ser más eficaces que la tartrazina.
REFERENCIA
Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules
