Investigadores de la Universidad de Stanford han descubierto que una solución acuosa de un colorante alimentario común aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos, la tartrazina, tiene el efecto de hacer reversiblemente transparentes la piel, los músculos y los tejidos conectivos en roedores vivos.
Ilustración de tejidos de la piel que se volvieron transparentes después de la saturación con FD&C Yellow 5, incluidas las trayectorias de los fotones que se reflejan en los tejidos sin teñir. Crédito de la imagen: Keyi ‘Onyx’ Li / Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
“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 las atraviese”, dijo el primer autor del estudio, el Dr. Zihao Ou, quien, junto con sus colegas, realizó el estudio mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford antes de unirse a la Universidad de Texas en Dallas en agosto de 2024.
“Pero cuando los juntamos, pudimos lograr la transparencia de la piel del ratón”.
Para dominar la nueva técnica, el Dr. Ou y sus colegas desarrollaron una forma de predecir cómo la luz interactúa con los tejidos biológicos teñidos.
Estas predicciones requerían una comprensión profunda de la dispersión de la luz, así como del proceso de refracción, donde la luz cambia de velocidad y se dobla a medida que viaja de un material a otro.
La dispersión es la razón por la que no podemos ver a través de nuestro cuerpo: las grasas, los fluidos dentro de las células, las proteínas y otros materiales tienen cada uno un índice de refracción diferente, una propiedad que determina en qué medida se doblará una onda de luz entrante.
En la mayoría de los tejidos, estos materiales están muy compactados, por lo que los distintos índices de refracción hacen que la luz se disperse a medida que pasa a través de ellos. Es el efecto de dispersión que nuestros ojos interpretan como materiales biológicos opacos y coloreados.
Los investigadores se dieron cuenta de que si querían hacer transparente el material biológico, tenían que encontrar una forma de hacer coincidir los diferentes índices de refracción para que la luz pudiera viajar sin obstáculos.
Basándose en conocimientos fundamentales del campo de la óptica, los investigadores se dieron cuenta de que los colorantes que son más eficaces para absorber la luz también pueden ser muy eficaces para dirigir la luz de manera uniforme a través de una amplia gama de índices de refracción.
Un colorante que los científicos predijeron que sería particularmente efectivo fue la tartrazina, el colorante alimentario más comúnmente conocido como FD&C Amarillo 5.
Resulta que tenían razón: cuando se disuelven en agua y se absorben en los tejidos, las moléculas de tartrazina están perfectamente estructuradas para adaptarse a los índices de refracción y evitar que la luz se disperse, lo que da como resultado transparencia.
Los autores primero probaron sus predicciones con finas rodajas de pechuga de pollo.
A medida que aumentaron las concentraciones de tartrazina, el índice de refracción del líquido dentro de las células musculares aumentó hasta coincidir con el índice de refracción de las proteínas musculares: el corte se volvió transparente.
Luego frotaron suavemente una solución temporal de tartrazina en los ratones.
Primero, aplicaron la solución en el cuero cabelludo, volviendo la piel transparente y revelando los vasos sanguíneos que cruzan el cerebro.
Luego aplicaron la solución en el abdomen, que desapareció en cuestión de minutos para mostrar contracciones del intestino y movimientos provocados por los latidos del corazón y la respiración.
La técnica resolvió características a escala de micrones e incluso mejoró las observaciones microscópicas.
Al eliminar el tinte, los tejidos volvieron rápidamente a su opacidad normal.
La tartrazina no pareció tener efectos a largo plazo y cualquier exceso se excretó en los desechos en 48 horas.
“Es importante que el tinte sea biocompatible, es decir, que sea seguro para los organismos vivos”, afirmó el Dr. Ou.
“Además, es muy económico y eficiente; no necesitamos mucha cantidad para funcionar”.
El equipo aún no ha probado el proceso en humanos, cuya piel es aproximadamente 10 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 el Dr. Ou.
“En la medicina humana, actualmente contamos con la ecografía para observar más profundamente el interior del cuerpo vivo”.
“Muchas plataformas de diagnóstico médico son muy caras e inaccesibles para un público amplio, pero las plataformas basadas en nuestra tecnología no deberían serlo”.
El estudio fue publicado esta semana en la revista Ciencia.
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Zihao O y otros. 2024. Consecución de transparencia óptica en animales vivos con moléculas absorbentes. Ciencia 385 (6713); doi: 10.1126/science.adm6869
Este artículo fue adaptado de comunicados originales de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y la Universidad de Texas en Dallas.