用吸光染料製成的透明小鼠揭示了工作中的器官

用吸光染料製成的透明小鼠揭示了工作中的器官


用吸光染料製成的透明小鼠揭示了工作中的器官

一種使小鼠組織透明的染料可以在醫學研究中應用。 圖片來源:dra_schwartz/Getty

研究人員發現,一種有助於給多力多滋帶來橙色色調的染料也可以使小鼠組織變得透明。將染料塗在活老鼠的皮膚上,科學家可以透過組織觀察下面的結構,包括血管和內臟。該方法,描述於 科學 9月6日1,可以提供一種侵入性較小的方法來監測醫學研究中使用的活體動物。

「這是一個重大突破,」位於維吉尼亞州阿什本的霍華休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園的生物學家菲利普凱勒說。

該技術的工作原理是改變通常不透明的身體組織與光相互作用的方式。構成皮膚和肌肉等組織的液體、脂肪和蛋白質具有不同的折射率(衡量材料彎曲光線程度的指標):水性成分的折射率較低,而脂質和蛋白質的折射率較高。組織看起來不透明,因為這些折射率之間的對比導致光被散射。研究人員推測,在這些組織中添加一種強烈吸收光的染料可以縮小組件折射率之間的差距,足以使它們透明化。

鎮靜小鼠頭骨下方大腦血管的動畫序列,無需任何手術、切口或對小鼠骨骼或皮膚造成損傷即可顯示。

透過將染料塗在小鼠的頭皮上並使用雷射散斑對比成像技術,研究人員觀察了動物大腦內的血管。圖片來源:史丹佛大學/Gail Rupert/NSF

「當一種材料吸收大量一種顏色的光時,它會更多地彎曲其他顏色的光,」該研究的合著者、加州史丹佛大學的材料科學家Guosong Hong說。研究團隊利用理論物理學來預測某些分子將如何改變小鼠組織與光的相互作用。出現了幾種候選材料,但團隊重點關注檸檬黃或 FD&C Yellow 5,這是許多加工食品中常用的染料。 「當檸檬黃溶解在水中時,它會使水像脂肪一樣彎曲,」洪說。添加染料後,含有液體和脂質的組織會變得透明,因為液體的光折射與脂質的光折射相符。

透視皮膚

研究人員證明了檸檬黃能夠使生雞胸肉薄片上的組織變得透明。然後他們將染料按摩到活老鼠皮膚的各個區域。將染料塗在頭皮上使研究團隊能夠仔細檢查微小的鋸齒形血管。將其放在腹部可以清楚地看到小鼠腸道因消化而收縮,並揭示了與呼吸相關的其他運動。研究團隊還在小鼠的腿上使用了該溶液,並且能夠辨別皮膚下的肌肉纖維。

該技術只能使3毫米左右深度的組織透明,因此目前對於較厚的組織和較大的動物的實際應用有限。

但由於檸檬黃是一種食用染料,因此在活體小鼠身上使用是安全的,而且該方法是可逆的——當染料被沖洗掉後,皮膚就會恢復不透明。與現有的使組織透明的方法相比,這具有巨大的優勢,現有的方法通常不適用於活體動物,並且通常涉及使用化學物質來改變某些組織成分的折射率,或將它們全部去除。

凱勒說,這種方法產生透明度、可逆並且可以用於活體動物,這一事實「將使其成為許多人想要使用的顯而易見的事情」。除其他應用外,他認為它可能對旨在了解神經系統和神經退化性疾病的小鼠模型有用。

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