Dankzij de techniek werden de aders in de hersenen zichtbaar en konden ze zelfs het hart zien kloppen!
Onderzoekers hebben een revolutionaire techniek ontwikkeld om organen zichtbaar te maken door de omliggende weefsels doorzichtig te maken. Bij muizen konden ze hierdoor dwars door de huid heen kijken. “Voor wie de onderliggende natuurkunde begrijpt, is het logisch, maar voor anderen lijkt het wel een goocheltruc,” aldus onderzoeker Zihao Ou. De baanbrekende bevindingen zijn gepubliceerd in het vakblad Science.
Licht
Levende huid verstrooit licht, vergelijkbaar met mist, waardoor je er normaal gesproken niet doorheen kunt kijken. Vetten, vloeistoffen in cellen, eiwitten en andere stoffen hebben allemaal verschillende ‘brekingsindexen’, wat bepaalt hoe sterk lichtgolven buigen wanneer ze door deze materialen gaan. In de meeste weefsels zitten deze stoffen dicht op elkaar gepakt, wat ervoor zorgt dat licht verstrooid wordt. Dit maakt dat we de weefsels als ondoorzichtig zien. De onderzoekers realiseerden zich dat als ze biologisch materiaal transparant wilden maken, ze een manier moesten vinden om de brekingsindexen gelijk te stellen, zodat licht er vrij doorheen kan gaan.
Kleurstof
De onderzoekers ontdekten dat kleurstoffen die licht goed absorberen, ook effectief kunnen zijn in het gelijkmatig doorlaten van licht door materialen met uiteenlopende brekingsindexen. En de onderzoekers vermoedden dat de gele voedingskleurstof tartrazine mogelijk een bijzonder effectieve kleurstof zou zijn. En ze hadden gelijk: als tartrazine wordt opgelost in water en in weefsels wordt opgenomen, passen de moleculen perfect bij de brekingsindexen, waardoor licht niet verstrooid wordt en transparantie ontstaat. “We mengden de gele kleurstof, die vooral blauw en ultraviolet licht absorbeert, met de huid, die licht verstrooit,” legt Ou uit. “Terwijl beide afzonderlijk veel licht blokkeren, maakten ze samen de huid transparant.”
Tartrazine is een synthetische gele kleurstof die veel wordt gebruikt in voedingsmiddelen en dranken. Denk daarbij aan oranje en gele chips, frisdranken, gebak en sommige sauzen. Het is goedgekeurd voor gebruik in levensmiddelen in zowel de EU als Nederland.
De onderzoekers probeerden hun ideeën eerst uit op dunne plakjes kipfilet. Toen ze de concentratie van tartrazine verhoogden, steeg de brekingsindex van de vloeistof in de spiercellen totdat deze gelijk was aan die van de spierproteïnen, waardoor het plakje transparant werd.
Muizen
Daarna wreven de onderzoekers voorzichtig een tartrazineoplossing op muizen. Ze begonnen met de hoofdhuid. En wat ze hoopten, gebeurde: de huid werd doorzichtig en de bloedvaten in de hersenen werden zichtbaar. Vervolgens brachten ze de oplossing aan op de buik van de muizen, waar deze binnen enkele minuten vervaagde en de darmbeweging, hartslag en ademhaling zichtbaar werd.
Omkeerbaar
Een groot voordeel is dat het proces omkeerbaar is; je kunt de kleurstof eenvoudig wegwassen. De kleurstof die door de huid wordt opgenomen, wordt via de urine weer uitgescheiden. “Het is belangrijk dat de kleurstof biocompatibel is, wat betekent dat het veilig is voor levende organismen,” zegt Ou. “Daarnaast is het zeer betaalbaar en efficiënt; we hebben er maar een kleine hoeveelheid van nodig om het gewenste resultaat te bereiken.”
Mensen
De onderzoekers hebben het proces nog niet op mensen getest, wiens huid ongeveer tien keer dikker is dan die van muizen. “Het is momenteel nog onduidelijk welke dosering of methode nodig zou zijn om de volledige huiddikte van mensen te penetreren,” merkt Ou op.
Toepassingen
Als de methode ook bij mensen werkt, zou dat veelbelovend zijn voor de geneeskunde. Deze techniek zou namelijk kunnen worden gebruikt voor diverse medische toepassingen, zoals het lokaliseren van verwondingen, het volgen van spijsverteringsproblemen en het opsporen van kanker. “Met deze technologie zouden aders beter zichtbaar kunnen worden voor bloedafname,” oppert onderzoeker Guosong Hong. “Bovendien kan het helpen bij de vroege opsporing en de behandeling van kanker. Sommige therapieën gebruiken lasers om kankercellen en vroege stadia van kanker te verwijderen, maar kunnen alleen op oppervlakkige gebieden worden toegepast. Onze techniek zou de lichtpenetratie kunnen verbeteren.”
De nieuwe techniek biedt een veelbelovend alternatief voor echografie, de huidige methode om dieper in het lichaam te kijken. Met verder onderzoek en verbetering zou de nieuwe technologie kunnen helpen bij het ontwikkelen van betaalbare en toegankelijke medische diagnostiek.
