Une solution de colorant jaune rend les tissus transparents sur les animaux vivants
"Il va complètement révolutionner la recherche optique en biologie"
Dans une nouvelle étude pionnière, des chercheurs ont rendu la peau du crâne et de l'abdomen de souris vivantes transparente en appliquant sur ces zones un mélange d'eau et d'un colorant alimentaire jaune courant appelé tartrazine.
Zihao Ou, professeur adjoint de physique à l'université du Texas à Dallas, tient un flacon de tartrazine, un colorant alimentaire jaune courant, en solution. Dans un article publié dans Science, Ou et ses collègues rapportent qu'ils ont rendu transparente la peau du crâne et de l'abdomen de souris vivantes en appliquant sur ces zones un mélange d'eau et de tartrazine.
University of Texas at Dallas
Zihao Ou, professeur adjoint de physique à l'université du Texas à Dallas, est l'auteur principal de l'étude, publiée dans le numéro imprimé du 6 septembre de la revue Science.
La peau vivante est un milieu diffusant. Comme le brouillard, elle disperse la lumière, ce qui explique qu'on ne puisse pas la voir à travers.
"Nous avons combiné le colorant jaune, qui est une molécule qui absorbe la plupart des lumières, en particulier la lumière bleue et ultraviolette, avec la peau, qui est un milieu diffusant. Individuellement, ces deux éléments empêchent la plupart des lumières de les traverser. Mais en les associant, nous sommes parvenus à rendre la peau de la souris transparente", explique M. Ou, qui, avec ses collègues, a mené cette étude alors qu'il était chercheur postdoctoral à l'université de Stanford, avant de rejoindre en août le corps enseignant de l'UT Dallas, à l'école des sciences naturelles et des mathématiques.
"Pour ceux qui comprennent la physique fondamentale, c'est logique, mais pour ceux qui ne la connaissent pas, cela ressemble à un tour de magie", a déclaré M. Ou.
La "magie" se produit parce que la dissolution des molécules absorbant la lumière dans l'eau modifie l'indice de réfraction de la solution - une mesure de la manière dont une substance dévie la lumière - d'une manière qui correspond à l'indice de réfraction des composants des tissus tels que les lipides. En substance, les molécules de colorant réduisent le degré de dispersion de la lumière dans les tissus cutanés, comme pour dissiper un banc de brouillard.
Lors de leurs expériences sur des souris, les chercheurs ont frotté la solution d'eau et de colorant sur la peau du crâne et de l'abdomen des animaux. Une fois le colorant complètement diffusé dans la peau, celle-ci est devenue transparente. Le processus est réversible en lavant les restes de colorant. Le colorant qui s'est diffusé dans la peau est métabolisé et excrété par l'urine.
"Il faut quelques minutes pour que la transparence apparaisse", explique M. Ou. "C'est un peu comme une crème ou un masque pour le visage : Le temps nécessaire dépend de la vitesse de diffusion des molécules dans la peau".
À travers la peau transparente du crâne, les chercheurs ont pu observer directement les vaisseaux sanguins à la surface du cerveau. Dans l'abdomen, ils ont observé les organes internes et le péristaltisme, c'est-à-dire les contractions musculaires qui font avancer le contenu dans le tube digestif.
Les zones transparentes prennent une couleur orangée, a expliqué M. Ou. Le colorant utilisé dans la solution est communément appelé FD&C Yellow #5 et est fréquemment utilisé dans les chips de couleur orange ou jaune, les enrobages de bonbons et d'autres aliments. La Food and Drug Administration certifie neuf additifs colorants - dont la tartrazine - pour leur utilisation dans les aliments.
"Il est important que le colorant soit biocompatible, c'est-à-dire qu'il soit sans danger pour les organismes vivants", explique M. Ou. "En outre, il est très peu coûteux et efficace ; nous n'avons pas besoin d'une grande quantité de colorant pour travailler.
Les chercheurs n'ont pas encore testé le processus sur des humains, dont la peau est environ 10 fois plus épaisse que celle d'une souris. Pour l'instant, on ne sait pas exactement quel dosage de colorant ou quelle méthode d'administration serait nécessaire pour pénétrer dans toute l'épaisseur de la peau, a déclaré M. Ou.
"En médecine humaine, nous disposons actuellement d'ultrasons pour examiner plus profondément l'intérieur du corps vivant", a déclaré M. Ou. "De nombreuses plates-formes de diagnostic médical sont très coûteuses et inaccessibles à un large public, mais les plates-formes basées sur notre technologie ne devraient pas l'être.
Selon M. Ou, l'une des premières applications de la technique consistera probablement à améliorer les méthodes de recherche existantes en matière d'imagerie optique.
"Notre groupe de recherche est essentiellement composé d'universitaires, et l'une des premières choses auxquelles nous avons pensé lorsque nous avons vu les résultats de nos expériences a été de voir comment cela pourrait améliorer la recherche biomédicale", a-t-il déclaré. "L'équipement optique, comme le microscope, n'est pas directement utilisé pour étudier des êtres humains ou des animaux vivants, car la lumière ne peut pas traverser les tissus vivants. Mais maintenant que nous pouvons rendre les tissus transparents, nous pourrons observer des dynamiques plus détaillées. Cela va complètement révolutionner la recherche optique en biologie".
Dans son nouveau laboratoire de bio-imagerie dynamique à l'UTD, M. Ou poursuivra les recherches qu'il a entamées avec M. Guosong Hong, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford et auteur correspondant de l'étude. Selon M. Ou, les prochaines étapes de la recherche consisteront à déterminer le dosage de la molécule de colorant qui fonctionnera le mieux dans les tissus humains. En outre, les chercheurs expérimentent d'autres molécules, y compris des matériaux d'ingénierie, qui pourraient être plus efficaces que la tartrazine.
Les auteurs de l'étude de Stanford, dont l'auteur correspondant Mark Brongersma, professeur Stephen Harris au département de science et d'ingénierie des matériaux, ont été financés par des subventions d'agences fédérales telles que les National Institutes of Health, la National Science Foundation et l'Air Force Office of Scientific Research. En tant que chercheur postdoctoral interdisciplinaire, Ou a bénéficié du soutien du Wu Tsai Neuroscience Institute de Stanford. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour cette technologie.
Dr. Zihao Ou
Zihao Ou est titulaire d'une licence en physique de l'Université des sciences et technologies de Chine et d'un doctorat en science et ingénierie des matériaux de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign. Ses recherches doctorales ont porté sur la microscopie électronique, une technologie d'imagerie qui utilise des faisceaux d'électrons, au lieu de la lumière, pour produire des images agrandies à haute résolution de spécimens biologiques et non biologiques.
"Je connais très bien mon domaine, mais après avoir obtenu mon doctorat, j'ai voulu faire quelque chose qui aurait plus d'impact sur un plus grand nombre de personnes, plutôt que de me limiter à la science des matériaux", a déclaré M. Ou. "J'ai donc décidé d'apprendre quelques techniques d'imagerie biologique et d'appliquer mon expérience en physique et en science des matériaux à la science biomédicale. En tant que post-doctorant, je pense que ma formation en sciences physiques a apporté une perspective unique à notre recherche en imagerie biologique."
M. Ou a déclaré qu'il était venu à l'UT Dallas pour bénéficier de cette même expérience interdisciplinaire.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
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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