Cómo ver a través de la piel: diseñan una técnica que hace los tejidos transparentes
Un siglo después de que el escritor británico H. G. Wells planteara la posibilidad de cambiar el índice de refracción del cuerpo de una persona para hacerla invisible, un equipo de investigadores ha usado la misma aproximación teórica para conseguir resultados similares, a escala superficial, sobre la piel de un ratón.
En un estudio publicado este jueves en la revista Science, el equipo liderado por Zihao Ou, de la Universidad de Texas, describe cómo han conseguido hacer transparente la piel del cráneo y el abdomen de ratones vivos aplicando en esas áreas una mezcla de agua y un colorante alimentario amarillo muy común llamado tartrazina. “Para aquellos que entienden la física fundamental detrás de esto, tiene sentido; pero si no estás familiarizado con ello, parece un truco de magia”, advierte Ou.
El truco consiste en encontrar el líquido que es capaz de penetrar en los tejidos y modificar el índice de refracción de las células para que coincida con el de algunos de sus componentes como los lípidos. En otras palabras, conseguir que luz se disperse mucho menos en la piel y pase a través de ella, lo que permite ver lo que hay debajo.
“Combinamos el tinte amarillo, que es una molécula que absorbe la mayor parte de la luz, especialmente la luz azul y ultravioleta, con la piel, que es un medio de dispersión”, explica el autor principal. “Individualmente, estas dos cosas impiden que la mayor parte de la luz las atraviese. Pero cuando las combinamos, pudimos lograr la transparencia de la piel del ratón”.
Luz sin obstáculos
Basándose en conocimientos fundamentales del campo de la óptica, los investigadores se dieron cuenta de que los colorantes que son más eficaces para absorber la luz también pueden ser muy eficaces para dirigir la luz de manera uniforme a través de una amplia gama de índices de refracción.
Un colorante que los investigadores predijeron que sería particularmente efectivo fue la tartrazina, más comúnmente conocido como FD & C Amarillo 5, que se usa en caramelos, bebidas alcohólicas y hasta para dar color a la paella. Y resulta que estaban en lo cierto: cuando se disuelven en agua y se absorben en los tejidos, las moléculas de tartrazina están perfectamente estructuradas para coincidir con los índices de refracción y evitar que la luz viaje sin obstáculos, lo que da lugar a la transparencia.
Para aquellos que entienden la física fundamental detrás de esto, tiene sentido; pero si no estás familiarizado con ello, parece un truco de magia
Las primeras pruebas se hicieron en láminas finas de pechuga de pollo. Después, los autores frotaron suavemente una solución temporal de tartrazina sobre el cuero cabelludo de ratones vivos, lo que hizo que la piel se volviera transparente y revelara los vasos sanguíneos. A continuación, aplicaron la solución en el abdomen, que se desvaneció en minutos para mostrar las contracciones del intestino y los movimientos causados por los latidos del corazón y la respiración.
Los autores del trabajo también comprobaron que al limpiar el tinte con agua los tejidos recuperaron rápidamente su opacidad normal. La tartrazina no pareció tener efectos a largo plazo y cualquier exceso se excretó en 48 horas a través de la orina. “La transparencia tarda unos minutos en aparecer”, explica Ou. “Es similar a cómo actúa una crema o mascarilla facial: el tiempo necesario depende de la rapidez con la que las moléculas se difunden en la piel”.
Aplicación en humanos
Los investigadores creen que inyectar el tinte debería conducir a visiones aún más profundas dentro de los organismos, con implicaciones tanto para la biología como para la medicina. “Los equipos ópticos, como el microscopio, no se utilizan directamente para estudiar a seres humanos o animales vivos porque la luz no puede atravesar el tejido vivo”, subraya Ou. “Pero ahora que podemos hacer que el tejido sea transparente, nos permitirá observar dinámicas más detalladas. Revolucionará por completo la investigación óptica existente en biología”.
El tinte tiene la ventaja de que es barato y no se necesita una gran cantidad para que funcione, al menos en ratones, que tienen la piel my fina. Ahora los investigadores quieren probar la técnica en humanos, cuya piel es aproximadamente diez veces más gruesa que la de un ratón, por lo que no está claro qué dosis de tinte o método de administración sería necesario.
Esto no significa que un día podamos aplicar una crema en la piel de una persona y ver los órganos internos sin necesitar un escáner, pero los científicos creen que, de mostrarse seguro y eficaz en personas, quizá podría aplicarse a una amplia gama de diagnósticos médicos, desde la localización de lesiones hasta el control de trastornos digestivos o la identificación de cánceres.
En el futuro, esta tecnología podría hacer que las venas sean más visibles para la extracción de sangre
“En el futuro, esta tecnología podría hacer que las venas sean más visibles para la extracción de sangre, facilitar la eliminación de tatuajes con láser o ayudar a la detección temprana y el tratamiento de cánceres”, asegura Guosong Hong, profesor adjunto de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Stanford. “Por ejemplo, ciertas terapias utilizan láseres para eliminar células cancerosas y precancerosas, pero se limitan a áreas cercanas a la superficie de la piel. Esta técnica puede mejorar la penetración de la luz”.
Un avance para la biotecnología
Pablo Artal, especialista en óptica y catedrático de la Universidad de Murcia (UMU), considera que es un trabajo interesante, aunque el planteamiento es ciertamente antiintuitivo, como reconocen los propios autores. “Lo que hacen es añadir en el tejido partículas absorbentes que parece que ordenan el tejido de alguna forma y reducen el nivel de difusión y vuelven el tejido más transparente”, explica a elDiario.es.
A juicio de Artal, los resultados de imágenes son muy buenos y parece que el planteamiento funciona. “Otro asunto es su posible utilidad más allá de la mera curiosidad y las preguntas sobre la reversibilidad y el posible daño sobre el tejido, porque la difusión se reduce, pero el tejido queda tintado, como se ve en algunas imágenes”, opina.
La tartracina parece ser un compuesto ideal para el ‘clareamiento’ del tejido in vivo
Conchi Lillo, neurobióloga y especialista en visión de la Universidad de Salamanca (USAL), recuerda que ya se utilizan compuestos como la acrilamida para el “clareamiento” de los lípidos que permiten observar mejor el tejido cerebral al microscopio. “Ahora es posible analizar bloques de tejido del cerebro con esta técnica porque el blanqueamiento vuelve el tejido transparente, pero solo permite hacerlo en tejido fijado, no en tejido in vivo, porque estos compuestos no son inocuos para las células”, explica. “De modo que la tartracina parece ser un compuesto ideal para el clareamiento del tejido in vivo”.
Sin embargo, advierte Lillo, este método tiene algunas limitaciones, ya que se basa en igualar el índice de refracción del medio acuoso al de los lípidos y las proteínas. “El índice de refracción de estos compuestos es heterogéneo, por lo que sigue siendo difícil encontrar una concentración única y óptima de la solución de colorante para conseguir un ajuste perfecto del índice de refracción en un tejido determinado”, señala. Por otro lado, apunta, el grosor del cráneo de los ratones con los que hacen los experimentos es solo de unos milímetros, lo que les permite ver los vasos sanguíneos del cerebro. Con el grosor de la piel y los huesos de los seres humanos, recuerda, todo sería muy diferente.
Para María Victoria Gómez Gaviro, investigadora principal del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, la novedad es la sustancia utilizada y su uso in vivo. “Esto conlleva ventajas para la experimentación preclínica y modelos quirúrgicos, ya que puede facilitar la localización de vasos y músculos, lo que permitiría disminuir la capacidad invasiva de determinadas cirugías; se evitarían procedimientos invasivos como cortar la piel y manipular músculos, vasos y órganos”, explica en declaraciones al SMC. En el lado de las limitaciones, cree que haría falta conocer la toxicidad de este compuesto in vivo, efectos colaterales y efectos a medio y largo plazo. “Se echan de menos estudios más completos en cuanto a posible daño en órganos bajo la ventana óptica creada y recuperación de la piel”, opina.
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