一般的な食用色素で皮膚と筋肉を一時的に透明化する方法を発見
(theguardian.com)- Stanford University の研究チームは、一般的な食用色素を使って生きた動物の皮膚・筋肉・結合組織を一時的に透明化し、臓器や血管を見られることを示した
- 黄色の食用色素 tartrazine は組織の屈折率を変えて光散乱を減らし、特に赤色光の波長をより深く通過させる
- 鶏むね肉は tartrazine 溶液に浸して数分で赤色光に対して透明になり、マウスでは腹部皮膚の下の臓器や頭部の脳血管が観察された
- 透明化は可逆的で反復可能だが、現時点では色素が浸透する深さが観察可能な深さを制限している
- ヒトではまだ試験されておらず安全性の立証が必要だが、静脈の探索・消化器疾患のモニタリング・腫瘍の発見といった医療応用の可能性がある
食用色素で生きた組織をのぞき見る
- Stanford University の研究チームは、一般的な食用色素が皮膚、筋肉、結合組織を一時的に透明にできることを確認した
- マウスの腹部に色素を塗ると、腹部皮膚を通して肝臓、腸、膀胱が見えた
- 剃毛したマウスの頭部に色素を塗った実験では、脳の血管を観察できた
- 処理した皮膚は色素を洗い流すと元の色に戻った
仕組み: 屈折率を合わせて光散乱を減らす
- 生体組織に光が入ると、脂質膜や細胞核のような内部構造の屈折率の違いによって光が大きく散乱する
- 光は異なる屈折率の境界を通るときに曲がり、この散乱のため組織は不透明に見える
- 特定の染料は、皮膚や他の組織を通る特定波長の光をより通しやすくできる
- 強く吸収される染料が組織の屈折率を変えると、異なる組織間の屈折率差が小さくなり、散乱が抑制される
- このアプローチは、HG Wells の 1897 年の小説 The Invisible Man で物体の屈折率を周囲の空気に合わせる設定に似ている
tartrazine の実験結果
- 研究チームの実験は Science に掲載された
- 新鮮な鶏むね肉は、黄色の食用色素 tartrazine 溶液に浸して数分で赤色光に対して透明になった
- tartrazine は米国の Doritos や SunnyD 飲料などに使われている黄色の食用色素である
- 染料が組織内部の光散乱を減らし、光がより深く浸透した
- マウスの下腹部に tartrazine を塗ると腹部皮膚が透明になり、腸や臓器が見えた
- 剃毛したマウスの頭部に色素を塗った後、laser speckle contrast imaging で脳血管を観察した
- Dr Guosong Hong は、通常は染料が物体をより不透明にすると予想されるが、不透明な筋肉や皮膚に tartrazine を溶かすと、tartrazine が多いほど赤色光領域でより鮮明になったと述べた
限界と安全性
- 研究チームはこの過程を可逆的で反復可能な方法と評価した
- 皮膚は色素を洗い流すと自然な色に戻る
- 現時点で透明化の深さは、色素が浸透する深さに制限される
- Hong は、マイクロニードルパッチや注射が色素をより深く届ける方法になり得ると見ている
- この手順はまだヒトで試験されておらず、特に皮膚の下に色素を注入する場合は使用上の安全性を立証する必要がある
可能な医療応用
- ヒトに適用できれば、さまざまな医療状況で活用できる可能性がある
- 損傷部位の確認
- 採血のための静脈探し
- 消化器疾患のモニタリング
- 腫瘍の発見
- Hong は、侵襲的な生検の代わりに組織を直接のぞき込む方法で深部腫瘍を診断できる可能性を示した
- 静脈をより見つけやすくなれば、採血時の痛みを減らす助けになる可能性がある
研究ツールとしての拡張可能性
- 多くの科学者は、zebrafish のようにもともと透明な動物を使って、臓器やがんのような疾患特性が生きた生物の中でどのように発達するかを研究している
- 透明化染料を使えば、同じ方法で研究できる動物の範囲が広がる可能性がある
- Imperial College London の Christopher Rowlands と Jon Gorecki は、付随論評 で、この手順が非常に幅広い関心を集めるだろうと評価した
- 現代の画像技術と組み合わせれば、マウスの脳全体を撮影したり、数センチメートル厚の組織の下にある腫瘍を見つけたりするのに使える可能性がある
1件のコメント
Hacker News のコメント
子どものころ、Paul Jennings が書いたような短い物語を読んだ。奇妙な虫に刺された少年の皮膚が透明になり、洞窟で暮らさなければならなくなる話だった。
数年後にもう一度刺されると皮膚は元に戻り、社会に戻ったものの、その間にみんなが透明になっていて、またひとりぼっちになってしまう。
https://littlelibraryofrescuedbooks.blogspot.com/2012/01/und...
https://www.austlit.edu.au/austlit/page/C823155
「人間では試していない」というが、人間に効かないことが専門家にはあまりにも明白な理由があるのでなければ、研究室の誰かがこっそり自分の体で試していないとはなかなか信じがたい。
似たような論文や記事を投稿するたびに、すぐ「マウスでしか成功していない」というコメントが付いたからだが、今回の件はもうその段階は越えている感じがする。
それに記事が言うほど簡単に除去できないくらい高い濃度が必要になりそうで、高用量では毒性があるのではないかと心配になる。
これほど一般的な染料が、本来の用途である染色に使われているのに、こうした性質がまだ説明されていなかったというのは驚きだ。
化学・生物学分野の専門家ならすぐ分かるような明白な限界があるのか、それとも本当に偶然がこれまでこの方法の試行を妨げていただけなのか。
下で言われているマウスの皮膚がより薄いという点ももっともだが、耳や手首のように皮膚がかなり薄い部位もある。
論文の著者たちが倫理審査の承認を得る前に、勇敢な YouTuber が先に試してみそうな気がするので、1〜2か月後に検索してみようと思う。
論文: “Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules”, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869
いちばん驚くのは、これが古典的な光学モデルで予測されていたという点だ [1]
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_oscillator_model
Fanta を飲むたびに自分の腸が透明になり、それを見られるのは中に住む微生物だけだと想像すると面白い。
微生物たちも自分たちなりに「びっくり」していそうだ。
記事によると、その染料はタートラジンで、FD&C Yellow 5 または E102 とのこと。
出典: Doritos
人間では試験されたことがない。
熱帯アメリカの一部のカエル（Centrolenidae）は自然に透明になるよう進化しており、Siluriformes や Perciformes を含むいくつかの魚類にも同様の能力があるので、下等脊椎動物では何度も進化したことになる。
しかし彼らは人間とは代謝が異なり、マウスの皮膚は人間の皮膚よりはるかに薄い。この効果は非常に小さな動物でしか機能せず、ある厚さを超えると光学的限界にぶつかりそうだ。指には可能かもしれないが心臓には難しそうで、現時点の期待値は10点満点で4点だ。
高用量ではより悪いかもしれないが、かなり安全である可能性があり、追加試験をする価値はある。
げっ歯類の頭皮に塗ると脳の血管が見えたというが、マウスにはいつから頭蓋骨がなくなったのか。
Doritos に入っているなら、Call of Duty プレイヤーたちはなぜいつも透明ではないんだ。