I ricercatori dell’Università di Stanford hanno escogitato una tecnica che rende la pelle dei topi trasparente grazie a un colorante sicuro per l’organismo. Questo approccio consente di osservare gli organi e i vasi sanguigni di un animale senza doverlo sezionare
La “magia” della pelle trasparente: dalla teoria alla pratica
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Il principio alla base della scoperta della pelle trasparente si basa sulla manipolazione della luce. In condizioni normali, i materiali biologici appaiono opachi perché la luce, quando li attraversa, si disperde in tutte le direzioni, il che rende impossibile osservare ciò che si trova al di sotto della superficie.
Questa dispersione è dovuta alle differenze nell’indice di rifrazione, ossia la capacità di ogni materiale di deviare la luce, tra i vari componenti biologici come cellule, tessuti e fluidi.
Per superare questo limite, gli scienziati dell’Università di Stanford ha utilizzato la tartrazina, un colorante alimentare comune e biologicamente sicuro. La chiave della scoperta risiede nella capacità di questo colorante di modificare l’indice di rifrazione del fluido che circonda le cellule, facendolo avvicinare a quello dei tessuti circostanti.
In questo modo, essi appaiono meno opachi e quindi più “trasparenti”. In pratica, la luce viaggia quasi in linea retta attraverso i tessuti trattati, rendendo visibili le strutture interne che normalmente sarebbero nascoste.
Zihao Ou, uno dei ricercatori coinvolti, ha spiegato chiaramente l’efficienza di questo approccio: «Il colorante è biocompatibile – è sicuro per gli organismi viventi. Inoltre, è molto economico ed efficiente; ne serve solo una piccola quantità per ottenere l’effetto desiderato». Questo lo rende particolarmente vantaggioso per future applicazioni pratiche, specialmente in ambito medico.
Il processo: dalla tintura alla trasparenza della pelle
Il metodo utilizzato per rendere la pelle di un topo trasparente è relativamente semplice. Gli scienziati preparano una miscela di tartrazina disciolta in acqua, che viene poi applicata direttamente sulla pelle del roditore. Dopodiché, la miscela penetra nei tessuti, e in pochi minuti inizia a manifestarsi l’effetto di trasparenza. Grazie a questo processo, diventa possibile osservare con chiarezza i dettagli interni dell’organismo, come vasi sanguigni, organi interni, e persino i muscoli in movimento.
Questa innovazione non solo permette una visione dettagliata degli organi, ma consente anche di monitorare in tempo reale le funzioni biologiche di un organismo vivente, senza doverlo sottoporre a interventi invasivi o dannosi.
Quanto alle potenziali applicazioni, sono vastissime. «Guardando al futuro, questa tecnologia potrebbe rendere le vene più visibili per il prelievo di sangue, rendere più semplice la rimozione del tatuaggio basato su laser o aiutare nella diagnosi precoce e nel trattamento dei tumori». Ad affermarlo, Guosong Hong, uno scienziato dei materiali dell’Università di Stanford.
Il processo di trasparenza non è permanente. Una volta concluso l’esame, la tartrazina può essere facilmente rimossa. Come spiega Ou: «Ci vogliono alcuni minuti perché la trasparenza si manifesti, e la velocità dipende dal tempo impiegato dalle molecole del colorante per diffondersi nella pelle».
Il ruolo della relazione di Kramers-Kronig nella trasparenza biologica
Un aspetto nevralgico di questa scoperta è l’applicazione della relazione di Kramers-Kronig.
Parliamo di una teoria matematica che collega due proprietà ottiche fondamentali di un materiale: l’assorbimento della luce e il suo indice di rifrazione.
Questa relazione stabilisce che la quantità di luce assorbita da un materiale influisce direttamente sulla sua capacità di deviare la luce stessa, cioè sul modo in cui la luce viene rifratta mentre lo attraversa.
Conoscendo questa teoria, i ricercatori hanno potuto regolare l’indice di rifrazione della pelle trattata con la tartrazina, permettendo alla luce di attraversare i tessuti in modo più lineare e meno disperso.
«Sono profondamente colpito dal modo in cui i ricercatori hanno sfruttato la relazione Kramers-Kronig.
È un esempio eccellente di come i principi fondamentali dell’ottica possano essere utilizzati per sviluppare nuove tecnologie, soprattutto in ambito biomedico».
Così commenta Adam Wax, esperto di ottica e direttore del programma della National Science Foundation.
Sfide e perplessità
Nonostante il notevole progresso che questa tecnica rappresenta, esistono ancora delle sfide significative da affrontare prima che possa essere applicata all’uomo. Una delle principali difficoltà riguarda la differenza di spessore tra la pelle dei topi e quella umana. La nostra è circa dieci volte più spessa rispetto a quella dei roditori.
Questo potrebbe rendere più complesso ottenere lo stesso livello di trasparenza. Nei ratti, la miscela di tartrazina penetra infatti più rapidamente nei tessuti sottili. Nella pelle degli esseri umani, la diffusione del colorante potrebbe richiedere più tempo e i risultati potrebbero essere diversi.
Inoltre, la sicurezza a lungo termine dell’uso di questo colorante nell’uomo, specialmente in profondità nei tessuti, rimane un altro punto di incertezza.
Anche se è stato dimostrato che è biocompatibile nei topi, sarà necessario condurre ulteriori studi per confermare che non ci siano effetti collaterali indesiderati negli esseri umani.
Queste sfide sollevano interrogativi sull’adattabilità della tecnica.
I ricercatori dovranno esplorare modifiche alla procedura, come l’uso di nuove formule chimiche o tecniche di applicazione, per superare le differenze anatomiche e biologiche tra le diverse specie.
Inoltre, sarà fondamentale verificare se la trasparenza possa essere mantenuta per un tempo sufficiente a garantire esami clinici dettagliati e se il processo possa essere reso reversibile senza danni ai tessuti.
Nonostante queste difficoltà, il potenziale di questa tecnologia è indiscutibile.
Se le sfide tecniche e di sicurezza verranno superate, potrebbe portare a una rivoluzione nel modo in cui si eseguono le diagnosi, nel monitoraggio delle malattie e nello studio dei processi biologici interni.
Il tutto, senza bisogno di interventi invasivi.