과학자들은 살아있는 동물의 조직을 투명하게 만들었습니다.

선구적인 새로운 연구에서 연구자들은 살아있는 쥐의 두개골과 복부 피부를 투명하게 만들기 위해 해당 부위에 물과 타르타진이라는 일반적인 노란색 식용 색소를 섞은 용액을 발랐습니다.

텍사스 대학교 댈러스 캠퍼스 물리학 조교수인 지하오 우 박사는 9월 6일자 Science 저널 인쇄판에 게재된 연구의 주저자입니다.

살아있는 피부는 산란 매체입니다. 안개처럼 빛을 산란시키기 때문에 볼 수 없습니다.

"우리는 대부분의 빛, 특히 청색광과 자외선을 흡수하는 분자인 노란색 염료를 산란 매체인 피부와 결합했습니다. 개별적으로 이 두 가지는 대부분의 빛이 통과하지 못하도록 차단합니다. 하지만 두 가지를 합치면 마우스 피부의 투명성을 얻을 수 있었습니다." 8월에 UT Dallas 자연과학 및 수학 학부에 합류하기 전에 스탠포드 대학교에서 박사후 연구원으로 재직하는 동안 동료들과 함께 연구를 수행한 Ou가 말했습니다.

"이것의 기본 물리학을 이해하는 사람들에게는 말이 됩니다. 하지만 익숙하지 않은 사람들에게는 마술처럼 보일 겁니다."라고 Ou는 말했습니다.

"마법"은 빛을 흡수하는 분자를 물에 녹이면 용액의 굴절률(물질이 빛을 휘는 방식의 척도)이 지질과 같은 조직 구성 요소의 굴절률과 일치하는 방식으로 바뀌기 때문에 발생합니다. 본질적으로 염료 분자는 안개 둑을 분산시키는 것처럼 피부 조직에서 빛이 산란되는 정도를 줄입니다.

연구자들은 쥐를 대상으로 한 실험에서 물과 염색 용액을 동물의 두개골과 복부 피부에 문질렀습니다. 염색약이 피부로 완전히 확산되면 피부가 투명해졌습니다. 이 과정은 남아 있는 염색약을 씻어내면 되돌릴 수 있습니다. 피부로 확산된 염색약은 대사되어 소변을 통해 배출됩니다.

"투명성이 나타나려면 몇 분이 걸립니다." Ou가 말했다. "페이셜 크림이나 마스크가 작동하는 방식과 비슷합니다. 필요한 시간은 분자가 피부로 얼마나 빨리 확산되는지에 따라 달라집니다."

연구자들은 두개골의 투명한 피부를 통해 뇌 표면의 혈관을 직접 관찰했습니다. 복부에서는 내장과 연동운동, 즉 소화관을 통해 내용물을 움직이는 근육 수축을 관찰했습니다.

투명한 부분은 주황색을 띤다고 Ou는 말했습니다. 용액에 사용된 염료는 일반적으로 FD&C Yellow #5로 알려져 있으며, 주황색 또는 노란색 스낵 칩, 캔디 코팅 및 기타 식품에 자주 사용됩니다. 식품의약국은 타르트라진을 포함한 9가지 색상 첨가제를 식품에 사용하도록 인증했습니다.

"염료가 생체적합성이 있는 것이 중요합니다. 살아있는 유기체에 안전합니다." Ou가 말했다. "게다가 매우 저렴하고 효율적입니다. 작동하려면 많은 양이 필요하지 않습니다."

연구자들은 아직 쥐보다 약 10배 더 두꺼운 피부를 가진 인간에게 이 과정을 시험하지 않았습니다. 현재로서는 전체 두께를 관통하는 데 필요한 염색제 복용량이나 전달 방법이 명확하지 않다고 Ou는 말했습니다.

"인간 의학에서 우리는 현재 살아있는 신체 내부를 더 깊이 들여다볼 수 있는 초음파를 가지고 있습니다."라고 Ou는 말했습니다. "많은 의료 진단 플랫폼은 매우 비싸고 광범위한 대중이 접근할 수 없지만, 우리 기술을 기반으로 하는 플랫폼은 그렇지 않아야 합니다."

그는 이 기술이 최초로 적용될 분야 중 하나는 광학 이미징 분야의 기존 연구 방법을 개선하는 것이 될 가능성이 크다고 말했습니다.

"저희 연구 그룹은 대부분 학자이기 때문에 실험 결과를 보고 가장 먼저 생각한 것은 이것이 생물의학 연구를 어떻게 개선할 수 있을까 하는 것이었습니다."라고 그는 말했습니다. "현미경과 같은 광학 장비는 빛이 살아있는 조직을 통과할 수 없기 때문에 살아있는 사람이나 동물을 연구하는 데 직접 사용되지 않습니다. 하지만 이제 조직을 투명하게 만들 수 있으므로 더 자세한 역학을 살펴볼 수 있습니다. 생물학에서 기존의 광학 연구에 완전히 혁명을 일으킬 것입니다."

UTD의 새로운 Dynamic Bio-imaging Lab에서 Ou는 스탠포드의 재료 과학 및 공학 조교수이자 이 연구의 책임 저자인 Guosong Hong 박사와 함께 시작한 연구를 계속할 것입니다. Ou는 연구의 다음 단계에는 염색 분자의 어떤 복용량이 인체 조직에서 가장 잘 작동할지 이해하는 것이 포함될 것이라고 말했습니다. 또한 연구자들은 타르타진보다 더 효율적으로 수행될 수 있는 엔지니어링된 재료를 포함한 다른 분자를 실험하고 있습니다.

재료 과학 및 공학과의 Stephen Harris 교수이자 공동 책임 저자인 Mark Brongersma 박사를 포함한 스탠포드의 연구 저자들은 국립 보건원, 국립 과학 재단, 공군 과학 연구 사무국을 포함한 연방 기관의 보조금으로 자금을 지원받았습니다. 학제간 박사후 연구원인 Ou는 스탠포드의 Wu Tsai Neuroscience Institute의 지원을 받았습니다. 연구원들은 이 기술에 대한 특허를 신청했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240905143615.htm