Naujame tyrime mokslininkai padarė gyvų pelių kaukolių ir pilvo odą skaidrią, užtepdami vandens ir įprasto geltono maisto dažiklio, vadinamo tartrazinu, mišinį.
Dr. Zihao Ou, Teksaso universiteto Dalaso fizikos docentas, yra tyrimo, paskelbto rugsėjo 6 d. spausdintame žurnalo numeryje, pagrindinis autorius. Mokslas.
Gyva oda yra išsibarstymo terpė. Kaip rūkas, jis išsklaido šviesą, todėl nesimato kiaurai.
„Mes sujungėme geltoną dažiklį, kuris yra molekulė, kuri sugeria daugiausia šviesos, ypač mėlyną ir ultravioletinę šviesą, su oda, kuri yra sklaidos terpė. Atskirai šie du dalykai blokuoja daugiausia šviesos, kad pro juos prasiskverbtų.
„Tačiau kai juos sujungėme, galėjome pasiekti pelės odos skaidrumą“, – sakė Ou, kuris kartu su kolegomis atliko tyrimą, kai buvo Stanfordo universiteto doktorantūros tyrėjas, prieš prisijungdamas prie UT Dalaso fakulteto. Gamtos mokslai ir matematika rugpjūčio mėn.
„Tiems, kurie supranta pagrindinę fiziką, tai yra prasminga; bet jei nesate su tuo susipažinę, tai atrodo kaip magiškas triukas”, – sakė Ou.
„Magija“ nutinka todėl, kad ištirpinus šviesą sugeriančias molekules vandenyje, tirpalo lūžio rodiklis – medžiagos lenkimo šviesos matas – pasikeičia taip, kad atitiktų audinių komponentų, pavyzdžiui, lipidų, lūžio rodiklį. Iš esmės dažų molekulės sumažina šviesos sklaidos laipsnį odos audinyje, tarsi išsklaidydamos rūko krantą.
Atlikdami eksperimentus su pelėmis, mokslininkai vandens ir dažų tirpalu trynė gyvūnų kaukoles ir pilvo odą. Kai dažai visiškai išsisklaidė į odą, oda tapo skaidri. Procesas grįžtamas nuplaunant visus likusius dažus. Į odą pasklidę dažai metabolizuojami ir išsiskiria su šlapimu.
„Prireiks kelių minučių, kol pasirodys skaidrumas“, – sakė Ou. „Tai panašu į veido kremo ar kaukės veikimo būdą: laikas, kurio reikia, priklauso nuo to, kaip greitai molekulės pasklinda į odą.”
Per skaidrią kaukolės odą mokslininkai tiesiogiai stebėjo smegenų paviršiuje esančias kraujagysles. Pilvo srityje jie stebėjo vidaus organus ir peristaltiką, raumenų susitraukimus, kurie perkelia turinį per virškinamąjį traktą.
Skaidrios sritys įgauna oranžinę spalvą, sakė Ou. Tirpale naudojami dažai paprastai žinomi kaip FD&C Yellow #5 ir dažnai naudojami oranžinės arba geltonos spalvos užkandžių traškučiuose, saldainių dangoje ir kituose maisto produktuose. Maisto ir vaistų administracija sertifikuoja devynis spalvinius priedus – tartraziną yra vienas – naudoti maisto produktuose.
„Svarbu, kad dažai būtų biologiškai suderinami – jie saugūs gyviems organizmams“, – sakė Ou. „Be to, tai labai nebrangi ir efektyvi; mums jo nereikia labai daug, kad veiktų.
Tyrėjai dar neišbandė šio proceso su žmonėmis, kurių oda yra maždaug 10 kartų storesnė nei pelės. Šiuo metu neaišku, kokios dažų dozės ar pristatymo būdo reikėtų, kad prasiskverbtų per visą storį, sakė Ou.
„Žmonių medicinoje šiuo metu turime ultragarsą, kad galėtume pažvelgti giliau į gyvą kūną”, – sakė Ou. „Daugelis medicininės diagnostikos platformų yra labai brangios ir neprieinamos plačiajai auditorijai, tačiau platformos, pagrįstos mūsų technologijomis, neturėtų būti.”
Ou sakė, kad vienas iš pirmųjų šios technikos pritaikymų greičiausiai bus tobulinti esamus optinio vaizdo tyrimo metodus.
„Mūsų tyrimų grupę daugiausia sudaro akademikai, todėl vienas iš pirmųjų dalykų, apie kuriuos pagalvojome, kai pamatėme savo eksperimentų rezultatus, buvo tai, kaip tai galėtų pagerinti biomedicininius tyrimus“, – sakė jis.
„Optinė įranga, kaip ir mikroskopas, nėra tiesiogiai naudojama gyviems žmonėms ar gyvūnams tirti, nes šviesa negali prasiskverbti per gyvus audinius. Tačiau dabar, kai galime padaryti audinį skaidrų, tai leis mums pažvelgti į detalesnę dinamiką. visiškai pakeisti esamus optinius biologijos tyrimus.
Naujojoje UTD dinaminio biologinio vaizdo gavimo laboratorijoje Ou tęs tyrimus, kuriuos pradėjo kartu su dr. Guosong Hong, Stanfordo medžiagų mokslo ir inžinerijos docentu ir atitinkamu tyrimo autoriumi. Ou sakė, kad kiti tyrimo žingsniai apims supratimą, kokia dažų molekulės dozė gali geriausiai veikti žmogaus audiniuose.
Be to, mokslininkai eksperimentuoja su kitomis molekulėmis, įskaitant sukurtas medžiagas, kurios galėtų veikti efektyviau nei tartrazinas.
Tyrimo autoriai iš Stenfordo yra bendraautorius Dr. Markas Brongersma, Stephenas Harrisas, Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros profesorius. Tyrėjai kreipėsi dėl šios technologijos patento.
Dr. Zihao Ou įgijo fizikos bakalauro laipsnį Kinijos mokslo ir technologijų universitete ir medžiagų mokslo ir inžinerijos daktaro laipsnį Ilinojaus Urbana-Champaign universitete. Jo doktorantūros studijos buvo sutelktos į elektronų mikroskopiją, vaizdo gavimo technologiją, kuri naudoja elektronų pluoštus, o ne šviesą, kad būtų galima gauti didelės skiriamosios gebos padidintus biologinių ir nebiologinių mėginių vaizdus.
„Labai gerai išmanau savo sritį, bet baigęs daktaro laipsnį norėjau daryti kažką, kas turėtų daugiau įtakos daugiau žmonių, o ne apsiriboti medžiagų mokslu“, – sakė Ou.
„Taigi nusprendžiau išmokti kai kurių biologinio vaizdo gavimo metodų ir perkelti savo fizikos ir medžiagų mokslo žinias į biomedicinos mokslą. Kaip postdoc, manau, kad mano fizinių mokslų išsilavinimas suteikė unikalią perspektyvą mūsų biologinio vaizdo tyrimams.”
Ou sakė, kad atvyko į UT Dalasą dėl tos pačios tarpdisciplininės patirties.