美科學(xué)家最新研究：小老鼠涂上“顯形”溶液，大腦血管、內(nèi)臟器官清晰可見

美科學(xué)家最新研究：小老鼠涂上“顯形”溶液，大腦血管、內(nèi)臟器官清晰可見

在赫伯特·喬治·威爾斯1897年創(chuàng)作的科幻小說《隱形人》中，主人公發(fā)明了一種血清，可以通過控制細(xì)胞對光線的彎曲方式，讓體內(nèi)細(xì)胞變得透明。

一百多年后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)的真實(shí)版本——9月5日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，一種常用的食用色素可以使老鼠的皮膚暫時(shí)透明，讓科學(xué)家能夠看到它的器官功能。

這一突破可能會徹底改變生物醫(yī)學(xué)研究，如果在人體上成功測試，將在醫(yī)學(xué)和醫(yī)療保健領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，比如使靜脈更明顯，以便抽血。

這項(xiàng)研究的第一作者、美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校物理學(xué)助理教授歐子豪（音）在一份聲明中表示：“對于那些了解這背后的基本物理的人來說，這是有道理的；但如果你不熟悉它，它看起來就像一個(gè)魔術(shù)。”

溶液濃度不斷增加后的透明度差異。來源：斯坦福大學(xué)

“魔法”展現(xiàn)：

讓小鼠皮膚透明其實(shí)很簡單

據(jù)悉，研究人員用水和一種名為檸檬黃的黃色食用色素混合，使活體小鼠頭骨和腹部的皮膚變得透明。同時(shí)，在清洗殘留的溶液后，這一現(xiàn)象立馬消失，不會對動物造成傷害。

這利用了光學(xué)領(lǐng)域的知識——吸光染料分子通過抑制皮膚組織散射光的能力，來增強(qiáng)光線穿過皮膚的透射率。

這種染料與水混合后，會改變皮膚組織水相部分的折射率，使其與組織中蛋白質(zhì)和脂肪的折射率更加匹配——這個(gè)過程類似于讓一團(tuán)霧氣消散。

“我們將黃色染料（一種能夠吸收大部分光線，尤其是藍(lán)光和紫外線的分子）與皮膚（一種散射介質(zhì)）結(jié)合在一起。單獨(dú)來看，這兩種物質(zhì)會阻擋大部分光線穿過，但把它們放在一起時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)小鼠皮膚的透明化。”歐子豪說。

“透明感需要幾分鐘才能顯現(xiàn)出來，”歐子豪說，“這和面霜或面膜的作用原理類似：所需時(shí)間取決于分子擴(kuò)散到皮膚的速度。”

在小鼠實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過這一方法，實(shí)現(xiàn)了透過小鼠頭骨的透明皮膚直接觀察到其大腦表面的血管。同時(shí)，用于小鼠腹部皮膚后，其內(nèi)臟器官也清晰可見，甚至可以看到將食物運(yùn)送到消化道的肌肉收縮。最重要的是，該過程不涉及任何手術(shù)、切口或?qū)π∈蠊趋阑蚱つw的損傷。

通過染色后，小鼠頭骨下方大腦血管的延時(shí)圖像。來源：美國國家科學(xué)基金會

溶液中使用的染料稱為FD&C黃色5號，這是經(jīng)美國食品和藥物管理局認(rèn)證的食用染料。這種合成染料經(jīng)常用于橙色或黃色的零食薯片、糖果涂層、冰淇淋和烘焙食品中。不過，加州環(huán)境健康危害評估辦公室2021年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，這種色素與兒童的行為困難和注意力下降有關(guān)。

展望未來：

安全、臨時(shí)、非侵入性可視化活體動物內(nèi)部

目前，研究人員尚未在人體上測試，還不清楚需要多少劑量的染料或輸送方法才能在人體上實(shí)現(xiàn)這一過程。研究人員表示，人類皮膚比老鼠皮膚厚約10倍。

斯坦福大學(xué)材料科學(xué)助理教授、資深作者郭松洪（音）稱：“展望未來，這項(xiàng)技術(shù)可以使靜脈更加清晰可見，從而簡化通過針頭抽血或注射液體的過程——特別是對于靜脈難以定位的老年患者。”

“此外，這項(xiàng)創(chuàng)新可以幫助早期發(fā)現(xiàn)皮膚癌，提高光穿透力，用于光動力和光熱療法等深層組織治療，并使基于激光的文身去除更加簡單。”郭松洪說。

歐子豪（音譯）和他發(fā)現(xiàn)的“顯形”溶液

倫敦帝國理工學(xué)院生物工程系高級講師克里斯托弗·羅蘭茲稱，他“很后悔”沒能想到這一點(diǎn)，這是基于被廣泛研究且長期存在的物理學(xué)原理：當(dāng)一種材料吸收大量某一顏色的光時(shí)，它會將其他顏色的光彎曲得更多。

羅蘭茲和同一機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)光學(xué)物理學(xué)家喬恩·戈雷茨基（未參與這項(xiàng)研究）同時(shí)認(rèn)為，這種方法提供了一種新方法，可以以安全、臨時(shí)和非侵入性的方式可視化活體動物深層組織和器官的結(jié)構(gòu)和活動。羅蘭茲還表示：“你把它涂在老鼠身上，就能看到老鼠吃了什么。它就是這么強(qiáng)大。”

不過，實(shí)現(xiàn)老鼠的完全隱形還為時(shí)尚早，因?yàn)槟壳盁o法讓骨頭變得透明。

歐子豪在接受采訪時(shí)說：“到目前為止，我們只測試了軟組織，包括大腦、肌肉和皮膚。還沒有對骨頭等硬組織進(jìn)行太多研究，所以不確定是否能讓老鼠完全隱形，”不過他強(qiáng)調(diào)，“部分透明的（老鼠）已經(jīng)提供了大量的研究機(jī)會來解答與發(fā)育、再生以及衰老有關(guān)的問題。”

紅星新聞記者 黎謹(jǐn)睿

編輯 郭宇 責(zé)編 官莉

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