En un nuevo estudio pionero, los investigadores hicieron transparente la piel del cráneo y el abdomen de ratones vivos aplicando en esas áreas una mezcla de agua y un colorante alimentario amarillo común llamado tartrazina.
El Dr. Zihao Ou, profesor adjunto de física en la Universidad de Texas en Dallas, es el autor principal del estudio, publicado en la edición impresa del 6 de septiembre de la revista. Ciencia.
La piel viva es un medio de dispersión. Al igual que la niebla, dispersa la luz, por lo que no se puede ver a través de ella.
«Combinamos el tinte amarillo, que es una molécula que absorbe la mayor parte de la luz, especialmente la luz azul y ultravioleta, con la piel, que es un medio de dispersión. Individualmente, estas dos cosas impiden que la mayor parte de la luz pase a través de ellas. Pero cuando las juntamos, pudimos lograr la transparencia de la piel del ratón», dijo Ou, quien, junto con sus colegas, realizó el estudio mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford antes de unirse a la facultad de UT Dallas en la Escuela de Ciencias Naturales y Matemáticas en agosto.
«Para aquellos que entienden la física fundamental detrás de esto, tiene sentido; pero si no estás familiarizado con ello, parece un truco de magia», dijo Ou.
La «magia» se produce porque al disolver las moléculas que absorben la luz en agua se modifica el índice de refracción de la solución (una medida de la forma en que una sustancia desvía la luz) de forma que coincida con el índice de refracción de los componentes del tejido, como los lípidos. En esencia, las moléculas de tinte reducen el grado en que la luz se dispersa en el tejido de la piel, como si se disipara un banco de niebla.
En sus experimentos con ratones, los investigadores frotaron la piel del cráneo y el abdomen de los animales con la solución de agua y tinte. Una vez que el tinte se había difundido completamente en la piel, esta se volvió transparente. El proceso es reversible lavando cualquier tinte restante. El tinte que se ha difundido en la piel se metaboliza y se excreta a través de la orina.
«La transparencia tarda unos minutos en aparecer», explica Ou. «Es similar a cómo actúa una crema o una mascarilla facial: el tiempo necesario depende de la rapidez con la que las moléculas se difunden en la piel».
A través de la piel transparente del cráneo, los investigadores observaron directamente los vasos sanguíneos en la superficie del cerebro. En el abdomen, observaron los órganos internos y el peristaltismo, las contracciones musculares que mueven el contenido a través del tracto digestivo.
Las áreas transparentes adquieren un color anaranjado, dijo Ou. El colorante utilizado en la solución se conoce comúnmente como FD&C Yellow #5 y se utiliza con frecuencia en snacks de color naranja o amarillo, recubrimientos de caramelos y otros alimentos. La Administración de Alimentos y Medicamentos certifica nueve aditivos colorantes (la tartrazina es uno de ellos) para su uso en alimentos.
«Es importante que el tinte sea biocompatible, es decir, seguro para los organismos vivos», dijo Ou. «Además, es muy económico y eficiente; no necesitamos mucha cantidad para que funcione».
Los investigadores aún no han probado el proceso en humanos, cuya piel es aproximadamente diez veces más gruesa que la de un ratón. En este momento no está claro qué dosis de tinte o método de administración sería necesario para penetrar todo el espesor, dijo Ou.
«En la medicina humana, actualmente contamos con ultrasonidos para observar más profundamente el interior del cuerpo vivo», afirmó Ou. «Muchas plataformas de diagnóstico médico son muy caras e inaccesibles para un público amplio, pero las plataformas basadas en nuestra tecnología no deberían serlo».
Ou dijo que una de las primeras aplicaciones de la técnica probablemente será mejorar los métodos de investigación existentes en imágenes ópticas.
«Nuestro grupo de investigación está formado principalmente por académicos, 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 a 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 dinámicas más detalladas. Revolucionará por completo la investigación óptica existente en biología».
En su nuevo laboratorio de bioimágenes dinámicas en 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. Ou dijo que los próximos pasos en la investigación incluirán comprender qué dosis de la molécula de tinte podría funcionar mejor en el tejido humano. Además, los investigadores están experimentando con otras moléculas, incluidos materiales diseñados, que podrían funcionar de manera más eficiente que la tartrazina.
Los autores del estudio de Stanford, incluido el coautor correspondiente, el Dr. Mark Brongersma, profesor de la cátedra Stephen Harris en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, recibieron financiación de agencias federales, entre ellas los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Como investigador postdoctoral interdisciplinario, Ou recibió el apoyo del Instituto de Neurociencia Wu Tsai de Stanford. Los investigadores han solicitado una patente para la tecnología.
