In uno studio pionieristico, i ricercatori hanno reso trasparente la pelle del cranio e dell’addome di topi vivi applicandovi una miscela di acqua e un comune colorante alimentare giallo, la tartrazina:
Stando a quanto si apprende, il dott. Zihao Ou, professore associato di fisica presso l’Università del Texas a Dallas, è l’autore principale dello studio, pubblicato nel numero cartaceo del 6 settembre della rivista Science. La pelle viva è un mezzo di dispersione. Come la nebbia, diffonde la luce, motivo per cui non è possibile vederla attraverso. “Abbiamo combinato il colorante giallo, che è una molecola che assorbe la maggior parte della luce, in particolare quella blu e ultravioletta, con la pelle, che è un mezzo di dispersione. Individualmente, queste due cose impediscono alla maggior parte della luce di attraversarle. Ma quando le abbiamo messe insieme, siamo stati in grado di ottenere la trasparenza della pelle del topo”, ha affermato Ou, che, con i colleghi, ha condotto lo studio mentre era ricercatore post-dottorato alla Stanford University prima di unirsi alla facoltà dell’UT Dallas nella School of Natural Sciences and Mathematics ad agosto del 2024:
“Per coloro che conoscono la fisica fondamentale che sta dietro a tutto questo, ha senso; ma se non lo si conosce, sembra un trucco magico”, ha detto Ou. La “magia” avviene perché sciogliendo le molecole che assorbono la luce nell’acqua si modifica l’indice di rifrazione della soluzione, una misura del modo in cui una sostanza piega la luce, in un modo che corrisponde all’indice di rifrazione di componenti tissutali come i lipidi. In sostanza, le molecole di colorante riducono il grado di dispersione della luce nel tessuto cutaneo, come dissipare un banco di nebbia. Nei loro esperimenti sui topi, i ricercatori hanno strofinato la soluzione di acqua e colorante sulla pelle del cranio e dell’addome degli animali. Una volta che il colorante si è completamente diffuso nella pelle, questa è diventata trasparente. Il processo è reversibile lavando via qualsiasi colorante rimanente. Il colorante che si è diffuso nella pelle viene metabolizzato ed escreto tramite l’urina. “Ci vogliono alcuni minuti perché appaia la trasparenza”, ha detto Ou. “È simile al modo in cui funziona una crema o una maschera per il viso: il tempo necessario dipende dalla velocità con cui le molecole si diffondono nella pelle”. Attraverso la pelle trasparente del cranio, i ricercatori hanno osservato direttamente i vasi sanguigni sulla superficie del cervello. Nell’addome, hanno osservato gli organi interni e la peristalsi, le contrazioni muscolari che spostano il contenuto attraverso il tratto digerente. Link video:
Le aree trasparenti assumono un colore arancione, ha detto Ou. Il colorante utilizzato nella soluzione è comunemente noto come FD&C Yellow #5 ed è spesso utilizzato in patatine da snack di colore arancione o giallo, rivestimenti di caramelle e altri alimenti. La Food and Drug Administration certifica nove additivi coloranti, tra cui la tartrazina, per l’uso negli alimenti. “È importante che il colorante sia biocompatibile, è sicuro per gli organismi viventi”, ha detto Ou. “Inoltre, è molto economico ed efficiente; non ne abbiamo bisogno di molto per funzionare”. I ricercatori non hanno ancora testato il processo sugli esseri umani, la cui pelle è circa 10 volte più spessa di quella di un topo. Al momento non è chiaro quale dosaggio del colorante o metodo di somministrazione sarebbe necessario per penetrare l’intero spessore, ha detto Ou. “Nella medicina umana, attualmente abbiamo gli ultrasuoni per guardare più in profondità all’interno del corpo vivente”, ha affermato Ou. “Molte piattaforme di diagnosi medica sono molto costose e inaccessibili a un vasto pubblico, ma le piattaforme basate sulla nostra tecnologia non dovrebbero esserlo”.
Ou ha affermato che una delle prime applicazioni della tecnica sarà probabilmente quella di migliorare i metodi di ricerca esistenti nell’ambito dell’imaging ottico. “Il nostro gruppo di ricerca è composto principalmente da accademici, quindi una delle prime cose a cui abbiamo pensato quando abbiamo visto i risultati dei nostri esperimenti è stata come questo avrebbe potuto migliorare la ricerca biomedica“, ha affermato. “Le apparecchiature ottiche, come il microscopio, non vengono utilizzate direttamente per studiare esseri umani o animali vivi perché la luce non può attraversare i tessuti viventi. Ma ora che possiamo rendere i tessuti trasparenti, ci consentirà di osservare dinamiche più dettagliate. Rivoluzionerà completamente la ricerca ottica esistente in biologia”. Nel suo nuovo Dynamic Bio-imaging Lab presso UTD, Ou continuerà la ricerca iniziata con il dott. Guosong Hong, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali a Stanford e autore corrispondente dello studio. Ou ha affermato che i prossimi passi della ricerca includeranno la comprensione di quale dosaggio della molecola colorante potrebbe funzionare meglio nei tessuti umani. Inoltre, i ricercatori stanno sperimentando altre molecole, tra cui materiali ingegnerizzati, che potrebbero funzionare in modo più efficiente della tartrazina.
Gli autori dello studio di Stanford, tra cui il coautore corrispondente Dr. Mark Brongersma, Stephen Harris Professor presso il Department of Materials Science and Engineering, sono stati finanziati da sovvenzioni di agenzie federali tra cui il National Institutes of Health, la National Science Foundation e l’Air Force Office of Scientific Research. In qualità di studioso post-dottorato interdisciplinare, Ou è stato supportato dal Wu Tsai Neuroscience Institute di Stanford. I ricercatori hanno presentato domanda di brevetto per la tecnologia.
Chi è il dott. Zihao Ou:
Il dott. Zihao Ou ha conseguito una laurea in fisica presso l’Università di scienza e tecnologia della Cina e un dottorato in scienza e ingegneria dei materiali presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign. La sua ricerca di dottorato si è concentrata sulla microscopia elettronica, una tecnologia di imaging che utilizza fasci di elettroni, al posto della luce, per produrre immagini ingrandite ad alta risoluzione di campioni biologici e non biologici. “Conosco molto bene il mio campo, ma dopo aver terminato il dottorato, volevo fare qualcosa che avrebbe avuto un impatto maggiore su più persone, piuttosto che limitarmi alla scienza dei materiali“, ha detto Ou. “Così ho deciso di apprendere alcune tecniche di imaging biologico e di portare la mia formazione in fisica e scienza dei materiali alla scienza biomedica. Come postdoc, credo che la mia formazione in scienze fisiche abbia apportato una prospettiva unica alla nostra ricerca sull’imaging biologico”. Ou ha affermato di essere venuto alla UT Dallas per vivere la stessa esperienza interdisciplinare. L’esito dello studio scientifico è consultabile online al seguente link: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869.
Fonti:
- https://www.eurekalert.org/news-releases/1056332
- https://labs.utdallas.edu/zihaoou/
- https://news.utdallas.edu/science-technology/yellow-dye-solution-transparent-skin-2024/
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869
- https://edition.cnn.com/2024/09/05/science/food-dye-transparent-mice-skin/index.html
- https://www.theguardian.com/science/article/2024/sep/05/common-food-dye-found-to-make-skin-and-muscle-temporarily-transparent
- https://news.stanford.edu/stories/2024/09/using-a-common-food-dye-researchers-made-mouse-skin-transparent
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