8 سپتامبر 2024-تصویری از بافت‌های پوست که پس از اشباع با رنگ خوراکی شفاف شده است – از طریق SWNS
یک تکنیک جدید انقلابی از رنگ خوراکی استفاده می کند تا با شفاف کردن پوست، “پنجره ای” را به بدن ارائه دهد.محققان با استفاده از مخلوطی از آب و رنگ زرد متداول غذایی به نام تارترازین، پوست جمجمه و شکم موش های زنده را شفاف کردند.
این تکنیک پیشگامانه که در مجله Science شرح داده شده است، به پزشکان راه جدیدی برای دیدن اندام‌های درون بدن با شفاف کردن بافت‌های پوشاننده در برابر نور مرئی می‌دهد.این تکنیک که به عنوان رنگ زرد شماره 5 نیز شناخته می شود، باید روی انسان آزمایش شود، زیرا برخی از رنگ های غذایی دارای عوارض جانبی منفی هستند.
اما این فرآیند در آزمایش‌های روی حیوانات برگشت‌پذیر بود و دانشمندان می‌گویند که ممکن است در نهایت برای چندین کاربرد پزشکی از مکان‌یابی آسیب‌ها گرفته تا نظارت بر اختلالات گوارشی و شناسایی سرطان‌ها کاربرد داشته باشد.
دکتر گوسونگ هونگ، از دانشگاه استنفورد که به رهبری کمک کرد، گفت: «در آینده، این فناوری می‌تواند رگ‌ها را برای کشیدن خون قابل مشاهده‌تر کند، پاک کردن خالکوبی مبتنی بر لیزر را ساده‌تر کند، یا به تشخیص و درمان زودهنگام سرطان‌ها کمک کند..برای مثال، درمان‌های خاصی از لیزر برای از بین بردن سلول‌های سرطانی و پیش سرطانی استفاده می‌کنند، اما محدود به نواحی نزدیک به سطح پوست هستند. این تکنیک ممکن است بتواند این نفوذ نور را بهبود بخشد.”
محققان راهی برای پیش‌بینی نحوه تعامل نور با بافت‌های بیولوژیکی رنگ‌شده ایجاد کردند. پیش‌بینی‌ها مستلزم درک عمیق پراکندگی نور و همچنین فرآیند انکسار بود، زمانی که نور با حرکت از یک ماده به ماده دیگر، سرعت خود را تغییر می‌دهد و خم می‌شود.
تیم توضیح داد که پراکندگی دلیلی است که ما نمی توانیم از طریق بدن خود ببینیم. چربی‌ها، مایعات درون سلول‌ها، پروتئین‌ها و مواد دیگر هر کدام ضریب شکست متفاوتی دارند، خاصیتی که تعیین می‌کند یک موج نوری ورودی چقدر خم می‌شود.در بیشتر بافت ها، این مواد به هم فشرده می شوند، بنابراین ضریب های شکست متنوع باعث می شود نور هنگام عبور از آن پراکنده شود. این اثر پراکندگی است که چشمان ما آن را مات و رنگی تفسیر می کنند.
محققان متوجه شدند که اگر می‌خواهند مواد بیولوژیکی را شفاف کنند، باید راهی برای مطابقت با ضرایب انکسار مختلف بیابند تا نور بتواند بدون مانع حرکت کند.
با تکیه بر بینش‌های بنیادی از حوزه اپتیک، محققان دریافتند رنگ‌هایی که در جذب نور مؤثرترین هستند، همچنین می‌توانند در هدایت یکنواخت نور، از طریق طیف وسیعی از ضریب‌های شکست، «بسیار مؤثر» باشند.
یکی از رنگ‌هایی که محققان پیش‌بینی می‌کردند که به‌ویژه مؤثر باشد، تارترازین بود. هنگامی که در آب حل شد و در بافت ها جذب شد، مشخص شد که مولکول های تارتازین کاملاً ساختاری برای مطابقت با ضرایب شکست و جلوگیری از پراکندگی نور دارند که منجر به شفافیت می شود.
تیم تحقیقاتی ابتدا این تکنیک را بر روی برش های نازک سینه مرغ آزمایش کردند. با افزایش غلظت تارترازین، ضریب شکست مایع درون سلول‌های ماهیچه‌ای افزایش یافت تا اینکه با ضریب شکست پروتئین‌های عضلانی مطابقت پیدا کرد و برش شفاف شد.سپس محققان به آرامی محلول تارترازین را روی موش ها مالیدند.ابتدا محلول را روی پوست سر قرار دادند و پوست را شفاف کردند تا رگ‌های خونی که از مغز عبور می‌کنند آشکار شود.سپس محلول را روی شکم قرار دادند که در عرض چند دقیقه محو شد تا انقباضات روده و حرکات ناشی از ضربان قلب و تنفس را نشان دهد.
هنگامی که رنگ شسته شد، بافت ها به سرعت به حالت عادی بازگشتند. به نظر نمی رسد که تارترازین اثرات طولانی مدت داشته باشد و هر مقدار اضافی در طی 48 ساعت در مواد زائد دفع می شود.
محققان گمان می‌کنند که تزریق رنگ باید به دیدگاه‌های عمیق‌تری در درون موجودات منجر شود که پیامدهایی هم برای زیست‌شناسی و هم برای پزشکی دارد.
دکتر زیهائو اوو، سرپرست تیم تحقیق، استادیار فیزیک دانشگاه تگزاس گفت: “ما رنگ زرد را که مولکولی است که بیشتر نور، به ویژه نور آبی و فرابنفش را جذب می کند، با پوست که یک محیط پراکنده است، ترکیب کردیم.به طور جداگانه، این دو چیز مانع از عبور بیشتر نور از آنها می شود. اما وقتی آنها را کنار هم قرار دادیم، توانستیم به شفافیت پوست موش دست پیدا کنیم.»
برای کسانی که فیزیک بنیادی پشت این را می دانند، منطقی است. اما اگر با آن آشنایی ندارید، به نظر یک ترفند جادویی است.
این فرآیند را روی انسان‌هایی آزمایش کرد که پوست آنها حدود 10 برابر ضخیم‌تر از پوست موش است. آنها نمی دانند چقدر برای نفوذ به کل ضخامت لازم است.
پزشکی بشر امروزی شامل فناوری اولتراسوند برای نگاه عمیق‌تر به درون بدن زنده است – اما هزینه‌های آن باعث می‌شود که مخاطبان زیادی به آن دسترسی نداشته باشند، در حالی که روشی مبتنی بر رنگ‌های غذایی چنین نیست.
گروه تحقیقاتی ما اکثراً دانشگاهیان هستند، بنابراین یکی از اولین چیزهایی که وقتی نتایج آزمایش‌هایمان را دیدیم به آن فکر کردیم این بود که چگونه می‌تواند تحقیقات زیست‌پزشکی را بهبود بخشد.تجهیزات نوری، مانند میکروسکوپ، مستقیماً برای مطالعه انسان‌ها یا حیوانات زنده استفاده نمی‌شوند، زیرا نور نمی‌تواند از بافت زنده عبور کند.اما اکنون که می‌توانیم بافت را شفاف کنیم، به ما امکان می‌دهد تا دینامیک دقیق‌تری را بررسی کنیم. این پژوهش‌های نوری موجود در زیست‌شناسی را کاملاً متحول خواهد کرد.»
