5 de septiembre de 2024
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Científicos logran que la piel de ratones vivos sea transparente con un simple colorante alimentario
Una nueva investigación aprovechó el colorante altamente absorbente tartrazina, utilizado como el colorante alimentario común Amarillo N° 5, para volver transparentes los tejidos de ratones vivos, revelando temporalmente los órganos y vasos dentro de los animales.
La piel normalmente dispersa la luz, un fenómeno representado por líneas blancas al principio de este clip. Sin embargo, cuando la piel absorbe el colorante alimentario, farmacéutico y cosmético Amarillo N.° 5, reduce la dispersión y permite que la luz penetre más profundamente, volviendo transparente el tejido. (Esta técnica no ha sido probada en humanos. Los colorantes pueden ser dañinos. Siempre tenga cuidado con los colorantes y no los ingiera directamente, no los aplique a personas o animales ni los use de manera indebida).
Keyi “Onyx” Li/Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
En cuestión de minutos, untar a los ratones con un colorante alimentario común puede hacer que una porción deseada de su piel sea casi tan transparente como el vidrio.
En un estudio publicado hoy en Ciencia, Los investigadores esparcieron una solución del colorante tartrazina, un colorante común para alimentos, medicamentos y cosméticos, sobre ratones vivos. Para aclarar sus tejidos—creando una ventana temporal que deja al descubierto órganos, músculos y vasos sanguíneos de su cuerpo. El procedimiento —una nueva forma de una técnica conocida como “limpieza óptica de tejidos”— aún no se ha probado en humanos, pero algún día podría ofrecer una manera de ver y controlar lesiones o enfermedades sin necesidad de equipos de diagnóstico por imagen especializados ni cirugía invasiva.
“Una característica única de nuestra estrategia es que estamos cambiando directamente las propiedades ópticas del tejido”, afirma el autor principal del estudio, Zihao Ou, físico de la Universidad de Texas en Dallas.
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La piel, como la mayoría de los tejidos de los mamíferos, es muy opaca porque su mezcla de agua y lípidos, proteínas y otras moléculas esenciales densamente compactas dispersa la luz en todas las direcciones. “El concepto es similar al agua burbujeante”, explica Ou. “Cuando tienes agua y aire, ambos son transparentes por separado. Sin embargo, si los mezclas, formas microburbujas que ya no son transparentes”. Piensa en un río caudaloso o en una ola que se estrella. El cambio en la claridad se produce porque las moléculas de agua y aire tienen diferentes índices de refracción, la cantidad de luz que se desvía al pasar a través de un objeto o sustancia. Las grasas y proteínas en la piel de roedores y humanos suelen tener índices de refracción más altos que el agua, lo que crea un contraste a través del cual no se puede ver. En el nuevo estudio, Ou y sus colegas buscaron moléculas que absorbieran la luz y que pudieran hacer que los diversos índices de refracción dentro de las capas de la piel fueran más similares, reduciendo esencialmente la cantidad de luz dispersada por todas partes.
Fotografías de “fantasmas de dispersión”, o muestras que imitan la distribución óptica del tejido humano, compuestas de hidrogeles de agarosa. Los fantasmas contienen concentraciones crecientes de tartrazina y la misma concentración de partículas de sílice. La barra de escala representa cinco milímetros.
Guosong Hong/Universidad de Stanford
El equipo investigó 21 colorantes sintéticos diferentes antes de decidirse por la tartrazina, un colorante altamente absorbente, más comúnmente conocido como Amarillo Nº 5. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) aprobó el uso de este colorante amarillo limón en cantidades limitadas en alimentos, medicamentos y cosméticos. Se encuentra comúnmente en papas fritas, refrescos, caramelos, mantequilla, vitaminas y tabletas de medicamentos. La tartrazina hace que los índices de refracción de las moléculas que encuentra sean más uniformes y deja pasar la luz roja y amarilla, similar al color del tejido subyacente. Al mismo tiempo, el colorante absorbe la mayor parte de la luz en longitudes de onda en los espectros cercano al ultravioleta y azul y disminuye la dispersión de esos tipos de luz. “Cuanto mayor sea la absorción, más eficiente será la molécula”, explica Ou. Los límites de la FDA a los productos químicos y aditivos en los alimentos hacen que la industria alimentaria busque “productos químicos que sean extremadamente eficientes”, incluso en pequeñas cantidades.
Las imágenes animadas de un video de imágenes en tiempo real muestran el proceso dinámico de un tejido de pechuga de pollo que pasa de la opacidad a la transparencia después de la inmersión en una solución de tartrazina 0,6 molar (amarillo n.° 5). La progresión comienza antes de la aplicación de la solución de tartrazina y luego muestra un rango de 0,2 a 60 segundos después. La barra de escala representa 5 mm.
Guosong Hong/Universidad de Stanford
Los investigadores probaron distintas concentraciones del colorante en “fantasmas de dispersión” (muestras cuadradas que imitan la distribución óptica de los tejidos humanos) y rebanadas de pechuga de pollo cruda. Luego masajearon suavemente el colorante sobre la piel de ratones anestesiados, donde se absorbió como una “crema facial”, dice Ou. En menos de 10 minutos, el equipo comenzó a ver características internas debajo de las capas superiores de tejido bajo luz visible: frotar tartrazina en el estómago de los animales reveló el tracto digestivo en acción, y esparcirla en una de sus patas expuso los músculos. Usando imágenes láser de alta resolución, los científicos también vieron detalles de los nervios en el sistema gástrico, pequeñas unidades en los músculos llamadas sarcómeros y, cuando el colorante se aplicó al cuero cabelludo de los ratones, incluso estructuras de los vasos sanguíneos del cerebro. Si la tartrazina no se lavó, el efecto duró alrededor de 10 a 20 minutos antes de que la piel regresara a su estado original.
Una imagen fija de un vídeo en tiempo real muestra la transparencia óptica del abdomen de un ratón, lo que permite visualizar los órganos abdominales del animal. La barra de escala representa 5 mm.
“Logro de transparencia óptica en animales vivos con moléculas absorbentes”, por Zihao Ou et al., en CienciaVol. 385. Publicado en línea el 5 de septiembre de 2024
Investigaciones pasadas Los investigadores que lograron que la piel fuera transparente se centraron en introducir materiales ya transparentes, como la solución de glicerol y fructosa. Esas moléculas también lograron reducir la dispersión de la luz, pero no fueron “tan eficientes”. [as tartrazine] “Los tejidos no son lo suficientemente ‘coloreados'”, dice Guosong Hong, ingeniero en ciencias de los materiales de la Universidad de Stanford y autor principal del nuevo artículo. Otros enfoques que eliminan moléculas esenciales de los tejidos en lugar de agregar otras nuevas logran efectos similares, pero solo se pueden realizar en animales no vivos o en tejido biopsiado. Por ejemplo, el dermatólogo Rajan Kulkarni de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón trabajó en un proyecto de limpieza óptica de tejidos en 2014 en el que los investigadores disolvió completamente los lípidos de órganos enteros y animales y los reemplazó con hidrogel transparente. “Eso siempre fue una limitación, se requería que algo fuera ex vivo“Tuvimos que quitar los tejidos o quitar el órgano, o el organismo en sí ya no estaría vivo”, dice Kulkarni, que no participó en el nuevo estudio. “Este método [in the new paper] Es interesante porque permite que la piel, o la capa epidérmica, [in living animals] “Hacerse transparente para que puedas visualizar lo que hay debajo”.
Aunque todavía falta mucho para que se realicen ensayos en humanos, el concepto podría tener algún día aplicaciones médicas útiles. Hong propone que podría ayudar a la detección temprana del cáncer de piel y hacer que la eliminación de tatuajes con láser sea más sencilla. También podría hacer que las venas sean más visibles para extraer sangre o administrar líquidos a través de una aguja, especialmente en pacientes mayores con venas que serían difíciles de localizar, dice. En algunos casos, esta estrategia puede ser una opción más convincente que el uso de tecnologías de imagen como la resonancia magnética (MRI) y la ecografía. “Definitivamente puedo ver que esto podría ser útil para experimentos de visualización con ratones y otros tipos de animales porque le daría la capacidad de visualizar con una resolución de microscopía óptica, mientras que otros métodos de MRI, CT y [computed tomography]“Las imágenes por ultrasonido no tienen una resolución tan fina”, afirma Kulkarni. “En términos de prueba de concepto, es realmente fantástico. Clínicamente, aún está por verse”.
Los investigadores no observaron ningún efecto secundario adverso en los ratones después de retirar el tinte. Ou dice que, sin embargo, la tartrazina y otras moléculas similares más eficientes deben someterse a más pruebas para determinar su seguridad en humanos. La tartrazina puede causar reacciones alérgicasY aunque el colorante está aprobado por la FDA, la agencia tiene limitaciones estrictas sobre cantidades utilizadas en los productosEn el estudio, los ratones pudieron tolerar la concentración más alta utilizada, 0,6 molar, durante los cortos períodos de prueba. Pero “la piel humana es aproximadamente 10 veces más gruesa que [that of] “El tiempo de difusión es probablemente mucho mayor para los ratones, lo que significa que el tiempo necesario para la difusión es probablemente mucho mayor: unos pocos minutos para los ratones serán cientos de minutos para los humanos”, dice Ou. “Esperamos que con nuestro trabajo inicial, haya más seguimiento proponiendo nuevas moléculas que serán más eficientes y seguras para la aplicación humana”.