トゥインキーに黄色みがかった色を与える同じ染料が、透明化の鍵となるかもしれない。
実験用マウスにこの染料を塗ると、マウスの皮膚が一時的に透明になり、スタンフォード大学の研究者はマウスの消化器系、筋繊維、血管を観察することができたと、スタンフォード大学の研究者らは発表した。 勉強 9月5日に公開 科学。
「これは驚くべき結果だ」とスタンフォード大学の材料科学および工学の助教授で論文の主任著者であるグオソン・ホン博士は語った。「同じ技術が人間にも応用できれば、生物学、診断、さらには化粧品の分野でもさまざまな利点がもたらされるだろう」
この研究は、20世紀初頭に初めて説明された光学的概念を利用して、驚くべき理論を作り上げました。それは、光吸収物質を塗布すると、組織内のタンパク質、脂肪、水に当たった光の無秩序な散乱が減少し、皮膚を透明にできるというものです。
適切な光吸収剤の探索の結果、合成着色料であるFD&Cイエロー5（別名タートラジン）が誕生した。 認定 米国食品医薬品局により食品、化粧品、医薬品への使用が認可されています。
生きたマウスにタートラジンを塗ると（ドラッグストアの脱毛クリームで毛の一部を除去した後）、5分以内に腹部、後ろ足、頭の皮膚が透明になった。研究者らは肉眼でマウスの腸、膀胱、肝臓の働きを観察した。顕微鏡を使って生きたマウスの筋繊維を観察し、脳内の血管も観察した。これらはすべて切開せずに行われた。染料を洗い流すと、透明度はすぐに薄れた。
将来的には、このコンセプトが診療所や病院で利用されるようになるかもしれないとホン氏は語った。
「侵襲的な生検に頼る代わりに、医師は侵襲的な外科的切除を必要とせずに、人の組織を検査するだけで深部の腫瘍を診断できるかもしれない」と同氏は述べた。「この技術は、採血技師が皮下の静脈を容易に見つけられるようにすることで、採血の痛みを軽減する可能性がある。また、皮下の色素をより正確に狙えるようになるため、レーザータトゥー除去などの処置も改善される可能性がある」
ケーキのフロスティングから画期的な研究まで
黄色5号食品着色料 シリアル、ソーダ、スパイス、ケーキのフロスティングから、口紅、マウスウォッシュ、シャンプー、栄養補助食品、家のペンキまで、あらゆるものに含まれています。一部の外用薬には含まれていますが、人間の診断に使用するにはさらなる研究が必要だと、英国ロンドンのインペリアル・カレッジの生物工学科の上級講師で、体内の構造をより迅速かつ鮮明に画像化するバイオフォトニック計測を研究しているクリストファー・J・ローランズ博士は述べています。
しかし、この発見は研究に役立つ可能性がある。 解説 出版年 科学ローランズ氏と、同じくインペリアル・カレッジ・ロンドンの実験光物理学者で同僚のジョン・ゴレツキ博士は、この染料が、現在実験室で使用されているグリセロール、フルクトース、酢酸などの他の光学透明化剤の代替となる可能性があると指摘している。利点は、効果が可逆的であり、副作用が少なく低濃度で機能することです。これにより、実験動物で可能な研究の種類が広がり、研究者は線虫やゼブラフィッシュなどの自然に透明な生物に頼る必要がなくなります。
この染料は、磁気共鳴画像法（MRI）や電子顕微鏡などの画像技術と組み合わせることもできる。
「画像化技術には、すべて長所と短所があります」とローランズ氏は言う。「MRI は、解像度とコントラストが限られているものの、体全体を観察できます。電子顕微鏡は解像度に優れていますが、生体組織との適合性や浸透深度には限界があります。光学顕微鏡は、細胞レベルの解像度、ラベル付け機能、生体適合性に優れていますが、浸透深度は 1 ミリメートル未満です。この透明化方法は、医学と生物学における光学画像化を大幅に促進するでしょう。」
解説によれば、この発見により、深度画像撮影装置が達成できる精度が10倍向上する可能性があるという。
特に脳の研究が恩恵を受けるだろう。「特に神経生物学では、多光子、光遺伝学、組織除去の組み合わせが大いに役立ち、マウスの脳全体の神経活動を記録、制御できる可能性がある」と同氏は述べた。
屈折、吸収、そして 透明人間
染料の発見は、HGウェルズの1897年の小説に遠くから響き渡っている。 透明人間とローランズ氏は指摘する。この本では、血清が主人公の細胞の光散乱、つまり屈折率（RI）を周囲の空気に合わせて変化させることで、主人公を透明にする。
スタンフォード大学のエンジニアたちは、インスピレーションを得るために過去に目を向けたが、フィクションには目を向けなかった。彼らは、1920年代に初めて説明されたクラマース・クローニッヒの関係と呼ばれる概念に目を向けた。これは、光がさまざまな物質で屈折したり吸収されたりする方法の関係に応用できる数学的原理である。彼らはまた、分子内の電子と原子が光に反応する様子を説明するローレンツ振動についても調べた。
彼らは、光吸収化合物がタンパク質の光散乱特性の違いを均等化できると考えた。 脂質、そして肌を不透明にする水分。
こうして、探索が始まった。研究の筆頭著者で、博士研究員の Zihao Ou 博士は、候補を見つけるために強力な染料のテストを開始した。タートラジンが最有力候補だった。
「染料分子は従来の屈折率整合剤よりも水の屈折率を上げるのに効果的で、その結果、はるかに低い濃度で透明化できることがわかった」とフオン氏は言う。「ローレンツ振動子モデルとクラマース・クローニッヒ関係式で説明される基礎物理学は、フルクトースのような従来の屈折率整合剤は十分に「着色」されていないため、それほど効果的ではないことを明らかにしている。」
次は何か
この染料は、すでに人々が摂取したり肌に塗ったりする製品に使われているが、医療用途に使われるのは数年先だ。人によっては、タートラジンが皮膚や呼吸器に反応を起こす可能性がある。
この研究に資金援助した国立科学財団（NSF）は、自宅や教室の 活動 同ウェブサイトには、この研究に関連した内容が紹介されている。この実験では、生の鶏の胸肉の薄切りにタートラジン溶液を塗って透明にする。NSFによると、この実験は、保護のためにマスク、目の保護具、白衣、実験室品質のニトリル手袋を着用してのみ行う必要があるという。
一方、フオン氏は、自分の研究室では、現在の実験で見られる赤みを消し、透明な皮膚を通しての視認性を向上させる新しい化合物を探していると語った。また、細胞が自ら「透明」な化合物を作るように誘導する方法も探している。
「私たちは、細胞が強力な吸収分子を内因的に発現し、生きた動物の遺伝子コード化された組織の透明性を実現する方法を研究しています」と彼は語った。