Una solución de colorante amarillo hace transparentes los tejidos de los animales vivos
"Revolucionará por completo la actual investigación óptica en biología"
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.
El Dr. Zihao Ou, catedrático adjunto de Física de la Universidad de Texas en Dallas, sostiene un vial de tartrazina, colorante alimentario amarillo habitual, en disolución. En un artículo publicado en Science, Ou y sus colegas informan de que hicieron transparente la piel del cráneo y el abdomen de ratones vivos aplicando en esas zonas una mezcla de agua y tartrazina.
University of Texas at Dallas
El Dr. Zihao Ou, profesor adjunto de Física de la Universidad de Texas en Dallas, es el autor principal del estudio, publicado en la edición impresa del 6 de septiembre de la revista Science.
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.
"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 antes de incorporarse en agosto al cuerpo docente de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas de la Universidad de Texas en Dallas.
"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 de la forma en que una sustancia desvía la luz- de forma que coincide con el índice de refracción de componentes tisulares 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 colorante se había difundido completamente en la piel, ésta se volvía transparente. El proceso es reversible lavando 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.
Las zonas transparentes adquieren un color anaranjado, explicó Ou. El colorante utilizado en la solución se conoce comúnmente como FD&C Yellow #5 y se utiliza con frecuencia en las patatas fritas de aperitivo, las coberturas de caramelos y otros alimentos de color naranja o amarillo. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) certifica nueve aditivos colorantes -uno de ellos es la tartrazina- para su uso en alimentos.
"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.
Los autores del estudio de Stanford, entre ellos el Dr. Mark Brongersma, coautor y catedrático Stephen Harris del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, recibieron subvenciones de organismos federales como los Institutos Nacionales de la Salud, la Fundación Nacional de la Ciencia y la Oficina de Investigación Científica de las Fuerzas Aéreas. Como becaria posdoctoral interdisciplinar, Ou contó con el apoyo del Instituto de Neurociencia Wu Tsai de Stanford. Los investigadores han solicitado la patente de la tecnología.
Dr. Zihao Ou
El Dr. Zihao Ou es licenciado en Física por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y doctor en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Su investigación doctoral se centró en la microscopía electrónica, una tecnología de imagen que utiliza haces de electrones, en lugar de luz, para producir imágenes ampliadas de alta resolución de especímenes biológicos y no biológicos.
"Conozco muy bien mi campo, pero cuando terminé el doctorado quise hacer algo que tuviera más repercusión en más gente, en lugar de limitarme a la ciencia de los materiales", explica Ou. "Así que decidí aprender algunas técnicas de imagen biológica y aportar mi experiencia en física y ciencia de materiales a la ciencia biomédica. Como postdoctorado, creo que mi formación en ciencias físicas aportó una perspectiva única a nuestra investigación en imágenes biológicas."
Ou dijo que vino a UT Dallas en busca de esa misma experiencia interdisciplinar.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Zihao Ou, Yi-Shiou Duh, Nicholas J. Rommelfanger, Carl H. C. Keck, Shan Jiang, Kenneth Brinson, Su Zhao, Elizabeth L. Schmidt, Xiang Wu, Fan Yang, Betty Cai, Han Cui, Wei Qi, Shifu Wu, Adarsh Tantry, Richard Roth, Jun Ding, Xiaoke Chen, Julia A. Kaltschmidt, Mark L. Brongersma, Guosong Hong; "Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules"; Science, Volume 385
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