Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Dankzij een kleurstof kan elk weefsel transparant worden gemaakt. Is dit de medische beeldvormingstechniek van de toekomst?
We kennen allemaal echoscopie, MRI en röntgen als bekende manieren om binnenin het lichaam te kijken. Maar de benodigde apparaten zijn duur, vergen gespecialiseerde artsen en zijn bijvoorbeeld in arme landen niet altijd beschikbaar. Onderzoekers van onder meer Stanford University komen nu met een alom bekende kleurstof die huid doorschijnend maakt, zodat bloedvaten en organen zichtbaar worden. Ze publiceerden erover in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Science.
Lees ook:
- Truc achter doorzichtigheid glaskikker onthuld
- Filmpje: vis met doorzichtige kop
- Wetenschappers maken zonnepanelen doorzichtig
Brekend licht
Levende huid weerkaatst licht vaak alle kanten op. Deze zogenoemde verstrooiing ontstaat doordat de huid uit veel verschillende stoffen bestaat. Denk aan vetten, eiwitten, DNA, en allerlei soorten vloeistoffen. Elk van die componenten bezitten hun eigen brekingsindex: een maat voor de manier waarop het licht breekt wanneer het er doorheen gaat.
Het onderzoeksteam, onder leiding van Zihao Ou, ontdekten dat de stof tartrazine hier wat aan kan doen. Tartrazine is een oranje-gele kleurstof die je vaak tegenkomt in frisdrank, chips, snoep en gebak. Het is goedkoop, alom beschikbaar en compleet veilig voor mens en dier.
Natuurkundig te verklaren
Door in oude literatuurboeken te neuzen, vonden Ou en collega’s wiskundige formules die beschreven hoe microgolfstraling door de huid heen gaat. Ze ontdekten daarna dat diezelfde formules ook konden worden toegepast op tartrazine.
Ze zagen vervolgens in simulaties dat de kleurstof de huid transparant zou kunnen maken. Dat lijkt wel magie, maar is natuurkundig gezien gewoon te verklaren, zo geven de onderzoekers aan. Wanneer je tartrazine mengt met water en vervolgens op een biologisch weefsel smeert, trekken eerst de moleculen naar binnen. Vervolgens gaan ze zich daar op zo’n manier structureren dat hun brekingsindex verandert. Die wordt nagenoeg gelijk aan het omringende weefsel.
Het gevolg is dat het binnenkomende licht niet meer verstrooit raakt, maar er recht doorheen gaat. Zoals een mistbank, ook bekend om zijn lichtverstrooiing, die oplost. Vervolgens is alles wat er in dat weefsel zit zichtbaar.
Bloedvaten en darmen
Tot zover het concept, nu nog de praktijk. Na goede resultaten in een stuk kippenborst, smeerde Ou en zijn team het goedje op de kop en buik van muizen. Binnen enkele minuten werd de huid inderdaad transparant. Vervolgens waren de bloedvaten van de hersenen te zien en de darmbewegingen in de buik.
Het proces is omkeerbaar door het restant van de kleurstof-oplossing van de huid af te wassen. En de moleculen die in de huid zijn getrokken worden binnen twee dagen door het lichaam afgebroken en uitgeplast.
Transparantie bij mensen
Een doorzichtige muizenhuid is dus mogelijk. Maar hoe zit dat bij mensen? Een mensenhuid is tien maal zo dik als die van een muis, dus zal er waarschijnlijk meer van de tartrazine nodig zijn om hetzelfde transparante effect te geven. Onduidelijk is of dat gaat werken en of er nog negatieve effecten kunnen ontstaan. Dat is iets wat Ou en collega’s nu willen gaan testen.
Verder willen de onderzoekers kijken of injectie van de kleurstof nog beter werkt en of er ook andere moleculen zijn die weefsels doorzichtig kunnen maken.
Het team denkt dat de nieuwe beeldvormingstechniek handig kan zijn om bijvoorbeeld spijsverteringsproblemen te monitoren of tumoren te vinden. Maar de allereerste toepassingen zullen waarschijnlijk in het biomedische onderzoek liggen en nog niet zozeer bij patiënten.
Bronnen: Science, University of Texas at Dallas via EurekAlert!, U.S. National Science Foundation