شفاف‌سازی پوست با استفاده از رنگ خوراکی: انقلابی در تحقیقات زیست‌پزشکی و تصویربرداری نوری با استفاده از رنگ خوراکی: انقلابی در تحقیقات زیست‌پزشکی و تصویربرداری نوری
شفاف‌سازی پوست با استفاده از رنگ خوراکی: انقلابی در تحقیقات زیست‌پزشکی و تصویربرداری نوری
محققان در یک مطالعه پیشگامانه و نوآورانه موفق شدند پوست جمجمه و شکم موش‌های زنده را با استفاده از ترکیبی از آب و یک رنگ خوراکی زرد به نام تارترازین شفاف کنند. این دستاورد بی‌سابقه که توسط تیمی به رهبری دکتر زیهاو او، استادیار فیزیک در دانشگاه تگزاس در دالاس، به دست آمده است، در شماره 6 سپتامبر مجله “Science” منتشر شد. این مطالعه می‌تواند انقلابی در پژوهش‌های زیست‌پزشکی و تصویربرداری نوری ایجاد کند و روش‌های جدیدی برای مشاهده بافت‌های زنده بدون نیاز به جراحی یا تکنیک‌های تهاجمی ارائه دهد.
مفهوم پراکندگی نور در پوست
پوست موجودات زنده به عنوان یک محیط پراکنده‌کننده عمل می‌کند؛ این بدان معناست که پوست نور را در تمام جهات پخش می‌کند و اجازه نمی‌دهد نور به سادگی از آن عبور کند. به عنوان مثال، می‌توان پوست را به یک لایه مه تشبیه کرد؛ همان‌طور که مه باعث پراکندگی نور خودروها می‌شود و دیدن اجسام پشت آن دشوار می‌شود، پوست نیز همین کار را با نور انجام می‌دهد و امکان مشاهده اجسام زیر آن را مسدود می‌کند.
دکتر او در این رابطه توضیح می‌دهد: «ما رنگ زرد خوراکی، که یک مولکول جذب‌کننده نور است، به‌ویژه نور آبی و فرابنفش، با پوست که یک محیط پراکنده‌کننده است، ترکیب کردیم. هر کدام از این دو ماده به تنهایی بیشتر نور را مسدود می‌کنند؛ اما زمانی که آن‌ها را با هم ترکیب کردیم، توانستیم پوست موش‌ها را شفاف کنیم.»
این ترکیب به ظاهر ساده از رنگ و پوست در حقیقت مبتنی بر اصول پیچیده‌ای از فیزیک نور است. برای کسانی که با اصول فیزیکی پشت این پدیده آشنا هستند، این روش منطقی به نظر می‌رسد؛ اما برای عموم مردم و کسانی که به دانش فیزیکی تسلط ندارند، شاید شبیه به یک شعبده‌بازی باشد.
تغییر در شاخص شکست نور
این پدیده جادویی زمانی رخ می‌دهد که مولکول‌های رنگ جذب‌کننده نور در آب حل می‌شوند. این فرآیند شاخص شکست نور محلول را تغییر می‌دهد، که یک معیار از چگونگی انحراف نور در هنگام عبور از مواد است. هنگامی که شاخص شکست نور محلول با اجزای بافت پوست مانند لیپیدها مطابقت پیدا می‌کند، درجه پراکندگی نور در بافت کاهش می‌یابد و این موجب شفافیت پوست می‌شود.
به بیان ساده‌تر، زمانی که مولکول‌های رنگ در آب حل شده و به پوست اعمال می‌شوند، باعث کاهش پراکندگی نور در بافت پوست می‌شوند؛ همان‌طور که مه با از بین رفتن از محیط، دید را شفاف‌تر می‌کند. این شفافیت به محققان امکان می‌دهد تا از طریق پوست شفاف به ساختارهای داخلی بدن موش‌ها دسترسی پیدا کنند.
فرآیند انجام آزمایش
محققان در این آزمایش‌ها محلول آب و رنگ را بر روی پوست جمجمه و شکم موش‌ها مالیدند. پس از مدتی که مولکول‌های رنگ به طور کامل به پوست نفوذ کردند، شفافیت پوست مشاهده شد. این فرآیند مشابه استفاده از کرم‌های پوستی است که نیاز به زمان دارند تا مواد فعال آن‌ها به پوست نفوذ کند و اثربخشی خود را نشان دهد.
دکتر او در این مورد می‌گوید: «فرایند شفافیت پوست چند دقیقه طول می‌کشد تا ظاهر شود، دقیقاً مثل زمانی که از ماسک صورت استفاده می‌کنیم. مدت زمانی که شفافیت ایجاد می‌شود، بستگی به سرعت نفوذ مولکول‌ها به پوست دارد.»
مشاهده ساختارهای داخلی از طریق پوست شفاف
نتایج این آزمایش‌ها بسیار حیرت‌انگیز بود. از طریق پوست شفاف جمجمه، محققان توانستند عروق خونی سطح مغز را به طور مستقیم مشاهده کنند. این یک دستاورد بزرگ در حوزه تحقیقات زیستی است، زیرا به محققان امکان می‌دهد تا به طور زنده و بدون نیاز به جراحی، تغییرات در ساختارهای خونی و مغزی را مطالعه کنند.
علاوه بر این، در ناحیه شکم، محققان توانستند اندام‌های داخلی موش‌ها و حتی انقباضات عضلانی را که به عنوان “پریستالسیس” شناخته می‌شود و مسئول حرکت محتویات در دستگاه گوارش هستند، مشاهده کنند. این مشاهده زنده از عملکرد داخلی بدن موش‌ها می‌تواند فرصت‌های جدیدی برای مطالعات زیست‌پزشکی و درمانی فراهم کند.
ویژگی‌های بی‌خطر و زیست‌سازگار رنگ تارترازین
نکته مهم دیگری که در این پژوهش به آن پرداخته شده است، استفاده از رنگ تارترازین به عنوان یک ماده بی‌خطر و زیست‌سازگار است. تارترازین به طور گسترده‌ای به عنوان یک افزودنی غذایی در محصولاتی مانند چیپس‌های زرد یا نارنجی‌رنگ، پوشش آب‌نبات‌ها و دیگر مواد خوراکی استفاده می‌شود. این رنگ خوراکی توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) تأیید شده و به عنوان یکی از 9 رنگ افزودنی مجاز برای استفاده در غذاها به شمار می‌آید.
دکتر او توضیح می‌دهد: «یکی از مزایای اصلی این تکنیک، استفاده از یک رنگ بی‌خطر و زیست‌سازگار است که برای موجودات زنده امن است. علاوه بر این، این رنگ بسیار ارزان و کارآمد است و مقدار بسیار کمی از آن برای ایجاد شفافیت کافی است.»
این نکته حائز اهمیت است که فرآیند شفافیت پوست موش‌ها کاملاً برگشت‌پذیر است. هرگونه باقی‌مانده رنگ را می‌توان با شستشو از پوست پاک کرد و رنگی که به پوست نفوذ کرده است، توسط بدن متابولیزه و از طریق ادرار دفع می‌شود.
محدودیت‌های آزمایش بر روی انسان
اگرچه این تکنیک در موش‌ها با موفقیت انجام شده است، محققان هنوز آن را بر روی انسان‌ها آزمایش نکرده‌اند. پوست انسان حدود 10 برابر ضخیم‌تر از پوست موش است و به همین دلیل هنوز مشخص نیست چه دوزی از رنگ یا چه روشی برای نفوذ کامل به پوست انسان لازم است. دکتر او اشاره می‌کند که تحقیقات بیشتری برای درک میزان دقیق دوز رنگ و روش اعمال آن بر روی پوست انسان مورد نیاز است.
کاربردهای بالقوه در پزشکی و تحقیق
یکی از نخستین کاربردهای این تکنیک، بهبود روش‌های تصویربرداری نوری در تحقیقات زیست‌پزشکی خواهد بود. در حال حاضر بسیاری از تجهیزات تصویربرداری مانند میکروسکوپ‌ها به دلیل محدودیت عبور نور از بافت‌های زنده، برای مطالعه موجودات زنده به کار نمی‌روند. اما با توانایی شفاف‌سازی بافت‌ها، محققان قادر خواهند بود دینامیک‌های پیچیده‌تری را بررسی کنند و این می‌تواند تحقیقات زیستی را به کلی متحول کند.
علاوه بر این، تکنیک شفاف‌سازی پوست می‌تواند جایگزینی مقرون‌به‌صرفه و آسان برای برخی از فناوری‌های تصویربرداری پزشکی پیچیده و گران‌قیمت مانند سونوگرافی یا رزونانس مغناطیسی (MRI) باشد. این تکنولوژی جدید می‌تواند ابزارهایی ارزان‌تر و در دسترس‌تر برای تشخیص پزشکی فراهم کند که به گروه وسیع‌تری از افراد در سراسر جهان امکان دسترسی به خدمات پزشکی پیشرفته را می‌دهد.
ادامه تحقیقات و چشم‌اندازهای آینده
دکتر او و همکارانش تحقیقات خود را در آزمایشگاه جدید “Dynamic Bio-imaging” در دانشگاه تگزاس ادامه خواهند داد. گام بعدی این تیم تحقیقاتی، بهینه‌سازی دوز مولکول رنگ برای نفوذ در پوست انسان و همچنین بررسی مولکول‌های دیگری است که می‌توانند کارایی بیشتری نسبت به تارترازین داشته باشند.
به‌ویژه، محققان در حال آزمایش مواد مهندسی‌شده جدید هستند که شاید بتوانند عملکردی بهتر از تارترازین در ایجاد شفافیت داشته باشند. همچنین تیم تحقیقاتی به دنبال کاربردهای بیشتر این تکنیک در زمینه‌های مختلف پزشکی و تحقیقاتی است.
این تحقیقات با حمایت مالی از سوی سازمان‌های دولتی مانند موسسات ملی بهداشت (NIH)، بنیاد ملی علوم (NSF) و دفتر تحقیقات نیروی هوایی (AFOSR) انجام شده است. محققان همچنین برای ثبت اختراع این فناوری درخواست داده‌اند که می‌تواند به‌زودی به یک نوآوری بزرگ در صنعت پزشکی و تحقیقات زیستی تبدیل شود
دیدگاهتان را بنویسید