給小鼠身上塗抹一種常見的食用染料，可以使小鼠皮膚在僅僅幾分鐘內變得幾乎像玻璃一樣透明。
在這項發表於《科學》（Science）的研究中，研究人員將一種常用於食品、藥品和化妝品的染料——檸檬黃溶液塗抹在小鼠身上，結果讓小鼠的組織變透明瞭，這就像給組織開了一個臨時“視窗”，使體內血管、肌肉和內部器官都呈現在眼前。值得注意的是，這種方法尚未經過人體試驗，但未來也許可以用於檢視和監測患者的受傷情況或疾病的發展，而無需藉助特殊的成像裝置或侵入式手術。
在哺乳動物中，皮膚等生物組織並不透明，因為這些組織主要由水、緊密排列的脂質、蛋白質和其他必需分子組成，這些成分具有不同的折射率（光線在穿過不同介質時被彎折的程度），導致光向各個方向散射。“這就像氣泡水一樣，”美國得克薩斯大學達拉斯分校的物理學家歐子豪（這項研究的第一作者）解釋說，“水和空氣均為透明，但二者混合後卻會形成不透明的微氣泡。”
想象一下奔湧的河水或破碎的海浪。透明度會變化，是因為水和空氣擁有不同的折射率。同樣地，齧齒動物和人類皮膚中的脂質與蛋白質的折射率通常高於水，使得皮膚像一道不透明的屏障，無法被看穿。
在這項研究中，歐子豪和他的同事找到了可以調控細胞折射率的吸光分子，使皮膚內不同組分的折射率變得相近，從而顯著減少光的散射程度。
研究人員分析了21種不同的合成染料，並最終選擇了吸光率較高的檸檬黃。這種色彩鮮豔的染料分子已獲得美國食品和藥品管理局（FDA）的批准，可在食品、藥品和化妝品中限量使用，常用於薯片、汽水、糖果、黃油、維生素和藥片中。
研究結果顯示，檸檬黃可以使皮膚中不同組分的折射率趨於一致，有效引導紅光和黃光穿透皮膚。與此同時，這種染料會吸收大部分近紫外光和藍光，並減少這些光的散射。歐子豪解釋說：“染料分子的吸光率越高，效率就越高。”事實上，食品中的化學物質和新增劑受到FDA的嚴格約束，因此食品行業一直在“尋找極其有效的化學物質”，歐子豪說，即便少量使用，也能達到預期效果。
研究人員在模擬人體組織光學分佈的樣本以及生雞胸肉切片上，測試了不同濃度的染料。然後，他們將染料輕輕塗抹到麻醉後的小鼠皮膚上，直到完全吸收。不到10分鐘，研究人員便透過皮膚看見了皮膚之下的內部結構。此外，在可見光下，把檸檬黃塗在小鼠腹部上，可以使其體內蠕動的消化道顯現出來，塗在腿部則會使肌肉變得可見。利用高解析度雷射成像技術，研究人員還看到了小鼠胃腸道內的神經元，以及肌細胞中名為肌節的小單元，甚至可以在檸檬黃被塗抹在頭皮上後，看見腦血管的結構。如果檸檬黃沒有被沖洗掉，這種效果會持續大約10到20分鐘，之後皮膚就會恢復到原來的狀態。
此前的相關研究致力於將透明材料注入體內，比如甘油和果糖溶液。美國斯坦福大學的材料科學工程師洪國松（這項研究的共同作者）表示，這些分子也能減少光的散射，但“效果比不上檸檬黃，因為它們的吸光能力不夠”。另外，相比於這些新增額外分子的方法，其他透過去除組織內一些必需分子的方式也能發揮類似的作用，但只能用於非活體動物或活檢組織。儘管這種新方法離進入人體試驗還很遠，但也許有朝一日可用於醫療場景。洪國松認為，它可能有助於早期皮膚癌的檢測，也可能使雷射去除紋身的方法變得更加簡單。另外，在抽血或輸液時，這種方法還可以使靜脈變得更加清晰，洪國松說，尤其有益於那些靜脈不明顯的老年患者。
按照美國俄勒岡健康與科學大學的皮膚科醫生拉詹·庫爾卡尼（Rajan Kulkarni）的說法，在一些實驗中，比如活體動物研究，這種策略可能比成像技術，如磁共振成像（MRI）和超聲檢測更具吸引力。庫爾卡尼曾參與2014年的一項研究，在那項研究中，研究人員用透明水凝膠替換整個器官或實驗動物內的脂質，以透視其內部結構。這些使組織透明化的方法“可以將解析度提高到光學顯微鏡的水平，相較之下，MRI、CT和超聲等其他方法的解析度就沒有那麼高了”。庫爾卡尼說，“就概念驗證而言，這種方法無可挑剔。但要將其用於臨床應用，還有很長一段路要走。”
在去除檸檬黃後，研究人員並沒有在小鼠身上觀察到任何不良副作用。不過，歐子豪表示，這種染料與類似的、更高效的分子有待進一步測試，以確保人類使用的安全性。值得一提的是，檸檬黃可能會引發過敏反應，所以儘管這種染料已經獲得FDA批准，但該機構對它在產品中的用量也有嚴格的限制。研究發現，小鼠在較短的試驗時間內能夠耐受的最高濃度為0.6摩爾。“人類皮膚大約比小鼠厚9倍，這意味著染料擴散所需的時間可能要長得多——小鼠只用幾分鐘，人類則需要數百分鐘。”歐子豪說，“我們希望這項初步工作可以啟發後續研究，發現更多新的分子，以便更加高效且安全地為人類所用。”
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