Ilmuwan Membuat Kulit Tikus Hidup Transparan dengan Pewarna Makanan Sederhana

Ilmuwan Membuat Kulit Tikus Hidup Transparan dengan Pewarna Makanan Sederhana

Oleh Lauren J.Young

Hanya dalam beberapa menit, melapisi tikus dengan pewarna makanan biasa dapat membuat area kulit yang diinginkan hampir setransparan kaca.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan hari ini di Sains, para peneliti menyebarkan larutan pewarna tartrazine, pewarna umum untuk makanan, obat-obatan dan kosmetik, pada tikus hidup untuk membersihkan jaringan mereka—menciptakan jendela sementara yang memperlihatkan organ, otot, dan pembuluh darah di tubuh mereka. Prosedur ini—suatu bentuk teknik baru yang dikenal sebagai “pembersihan jaringan optik”—belum pernah diuji pada manusia, namun suatu hari nanti mungkin menawarkan cara untuk melihat dan memantau cedera atau penyakit tanpa memerlukan peralatan pencitraan khusus atau pembedahan invasif.

“Salah satu bagian unik dari strategi kami adalah kami secara langsung mengubah sifat optik jaringan,” kata penulis utama studi tersebut Zihao Ou, seorang fisikawan di University of Texas di Dallas.

Tentang mendukung jurnalisme sains

Jika Anda menyukai artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami dengan berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.

Kulit, seperti kebanyakan jaringan mamalia, sangat buram karena campuran air dan lipid padat, protein, dan molekul penting lainnya menyebarkan cahaya ke berbagai arah. “Konsepnya mirip dengan air soda,” jelas Ou. “Jika Anda memiliki air dan udara, keduanya transparan secara terpisah. Namun, jika Anda mencampurkannya, Anda akan membentuk gelembung mikro yang tidak lagi transparan.” Bayangkan sungai yang deras atau deburan ombak. Perubahan kejernihan terjadi karena molekul air dan udara memiliki indeks bias yang berbeda—jumlah cahaya yang dibelokkan melalui suatu benda. atau bahan. Lemak dan protein pada kulit tikus dan manusia biasanya memiliki indeks bias lebih tinggi dibandingkan air, sehingga menghasilkan kontras yang tidak dapat Anda lihat secara serupa—yang pada dasarnya mengurangi jumlah cahaya yang tersebar.

Tim menyelidiki 21 pewarna sintetis yang berbeda sebelum menemukan tartrazine dengan daya serap tinggi, yang lebih dikenal sebagai Yellow No. 5. Pewarna kuning limau zingy disetujui oleh Food and Drug Administration untuk digunakan dalam jumlah terbatas pada makanan, obat-obatan dan kosmetik. Umumnya ditemukan pada keripik, soda, permen, mentega, vitamin, dan tablet obat. Tartrazine membuat indeks bias molekul yang ditemukannya lebih seragam dan memungkinkan cahaya merah dan kuning, mirip dengan warna jaringan di bawahnya. Pada saat yang sama, pewarna menyerap sebagian besar cahaya pada panjang gelombang mendekati ultraviolet dan spektrum biru dan mengurangi hamburan jenis cahaya tersebut. “Semakin tinggi serapannya, semakin efisien molekulnya,” jelas Ou. Batasan FDA terhadap bahan kimia dan bahan tambahan dalam makanan menyebabkan industri makanan mencari “bahan kimia yang sangat efisien”, bahkan dalam jumlah kecil.

Para peneliti menguji berbagai konsentrasi pewarna pada “hantu difusi” (sampel persegi yang meniru distribusi optik jaringan manusia) dan irisan dada ayam mentah. Mereka kemudian dengan lembut memijat pewarna tersebut ke kulit tikus yang dianestesi, lalu menyerapnya seperti “krim wajah,” kata Ou. Dalam waktu kurang dari 10 menit, tim mulai melihat ciri-ciri internal di bawah lapisan atas jaringan di bawah cahaya tampak—menggosokkan tartrazine ke dalam perut hewan tersebut akan memperlihatkan saluran pencernaan yang sedang beraksi, dan menyebarkannya ke salah satu otot kaki mereka yang terbuka. Dengan menggunakan pencitraan laser resolusi tinggi, para ilmuwan juga melihat serabut saraf di sistem lambung, unit kecil di otot yang disebut sarkomer, dan ketika pewarna diterapkan pada kulit kepala tikus, bahkan struktur pembuluh darah otak. Jika tartrazine tidak dibersihkan, efeknya akan bertahan sekitar 10 hingga 20 menit sebelum kulit kembali ke keadaan semula.

Penelitian terdahulu mengenai pembuatan kulit transparan berfokus pada pengenalan zat-zat yang sudah transparan, termasuk larutan gliserol dan fruktosa. Molekul-molekul tersebut juga dapat mengurangi hamburan cahaya tetapi “tidak seefisien”. [as tartrazine] karena tidak cukup ‘berwarna’,” kata Guosong Hong, seorang insinyur ilmu material di Universitas Stanford dan penulis senior makalah baru tersebut. Pendekatan lain yang menghilangkan molekul penting dalam jaringan alih-alih menambahkan molekul baru akan menghasilkan efek yang sama tetapi hanya dapat dilakukan pada hewan yang bukan jaringan hidup atau yang dibiopsi. Misalnya, dokter kulit dari Oregon Health & Science University, Rajan Kulkarni, mengerjakan proyek pemurnian jaringan optik pada tahun 2014 di mana para peneliti melarutkan lipid sepenuhnya dari seluruh organ dan hewan dan menggantinya dengan hidrogel bening, diperlukan sesuatu. ex vivo. Kita harus membuang jaringannya atau membuang organnya, atau organisme itu sendiri tidak lagi hidup,” kata Kulkarni, yang tidak terlibat dalam penelitian baru ini. “Metode ini [in the new paper] menarik karena memungkinkan kulit, atau lapisan epidermis, [in living animals] dibuat transparan sehingga Anda dapat melihat apa yang ada di bawahnya.”

Meskipun masih jauh dari pengujian pada manusia, konsep ini suatu hari nanti mungkin memiliki penerapan medis yang berguna. Hong berpendapat bahwa hal ini berpotensi membantu dalam deteksi dini kanker kulit dan membuat penghapusan tato berbasis laser menjadi lebih mudah. Hal ini juga dapat membuat pembuluh darah lebih terlihat untuk pengambilan darah atau pemberian cairan melalui jarum—terutama pada pasien lanjut usia dengan pembuluh darah yang sulit dideteksi, katanya. Dalam beberapa kasus, strategi seperti ini mungkin merupakan pilihan yang lebih menarik dibandingkan penggunaan teknologi pencitraan seperti magnetic resonance imaging (MRI) dan USG. “Saya yakin ini berguna untuk percobaan visualisasi tikus dan jenis hewan lainnya karena ini akan memberi Anda kemampuan untuk memvisualisasikan pada resolusi mikroskop cahaya, sedangkan metode lain MRI, CT [computed tomography]USG tidak teratasi dengan baik,” kata Kulkarni. “Dari segi pembuktian konsep, bagus sekali. Secara klinis, hal ini masih harus dilihat.”

Para peneliti tidak melihat adanya efek samping buruk pada tikus setelah pewarna dihilangkan. Ou mengatakan bahwa tartrazine dan molekul serupa yang lebih efisien harus diuji lebih lanjut untuk keselamatan manusia. Tartrazine dapat menyebabkan reaksi alergi. Dan meskipun pewarna tersebut disetujui oleh FDA, badan tersebut memiliki batasan ketat mengenai jumlah yang digunakan dalam produk. Dalam penelitian tersebut, tikus mampu mentoleransi konsentrasi tertinggi yang digunakan, 0,6 molar, selama periode pengujian singkat. Tapi “kulit manusia sekitar 10 kali lebih tebal dari [that of] tikus, yang berarti waktu yang dibutuhkan untuk difusi mungkin lebih lama—beberapa menit untuk tikus sama dengan ratusan menit bagi manusia,” kata Ou. “Kami berharap dengan penelitian awal kami, akan ada lebih banyak penelitian lanjutan yang menyarankan hal baru. molekul yang akan lebih efisien dan aman untuk dikonsumsi manusia.”