Methode entdeckt, um Haut und Muskeln mit gewöhnlichem Lebensmittelfarbstoff vorübergehend transparent zu machen

 (theguardian.com)
2 Punkte von GN⁺ 2024-09-07 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Forschende der Stanford University haben gezeigt, dass sich die Haut, Muskeln und das Bindegewebe lebender Tiere mit einem gewöhnlichen Lebensmittelfarbstoff vorübergehend transparent machen lassen, sodass Organe und Blutgefäße sichtbar werden
  • Der gelbe Lebensmittelfarbstoff Tartrazin verändert den Brechungsindex des Gewebes, verringert die Lichtstreuung und lässt insbesondere Wellenlängen im roten Bereich tiefer eindringen
  • Hühnerbrust wurde wenige Minuten nach dem Eintauchen in eine Tartrazin-Lösung für rotes Licht transparent; bei Mäusen konnten Organe unter der Bauchhaut und Blutgefäße im Gehirn beobachtet werden
  • Die Transparenzmachung ist reversibel und wiederholbar, derzeit begrenzt jedoch die Eindringtiefe des Farbstoffs die beobachtbare Tiefe
  • Am Menschen wurde das Verfahren noch nicht getestet; die Sicherheit muss erst nachgewiesen werden, medizinische Anwendungen wie das Auffinden von Venen, die Überwachung von Magen-Darm-Erkrankungen und das Erkennen von Tumoren bleiben aber möglich

Mit Lebensmittelfarbe in lebendes Gewebe blicken

  • Forschende der Stanford University haben bestätigt, dass gewöhnliche Lebensmittelfarbe Haut, Muskeln und Bindegewebe vorübergehend transparent machen kann
  • Als der Farbstoff auf den Bauch einer Maus aufgetragen wurde, waren durch die Bauchhaut Leber, Darm und Blase sichtbar
  • In einem Experiment, bei dem der Farbstoff auf den rasierten Kopf einer Maus aufgetragen wurde, konnten die Blutgefäße im Gehirn beobachtet werden
  • Behandelte Haut kehrt nach dem Abwaschen des Farbstoffs zu ihrer ursprünglichen Farbe zurück

Funktionsweise: Anpassung des Brechungsindex zur Verringerung der Lichtstreuung

  • Wenn Licht in biologisches Gewebe eindringt, wird es aufgrund von Unterschieden im Brechungsindex innerer Strukturen wie Fettmembranen und Zellkernen stark gestreut
  • Licht wird beim Übergang zwischen unterschiedlichen Brechungsindizes gebrochen, und durch diese Streuung erscheint Gewebe undurchsichtig
  • Bestimmte Farbstoffe können dafür sorgen, dass Licht bestimmter Wellenlängen Haut und anderes Gewebe leichter durchdringt
  • Wenn ein stark absorbierender Farbstoff den Brechungsindex des Gewebes verändert, verringert sich der Unterschied zwischen verschiedenen Geweben und die Streuung wird unterdrückt
  • Dieser Ansatz erinnert an das Motiv aus HG Wells’ Roman The Invisible Man von 1897, in dem der Brechungsindex eines Objekts an die umgebende Luft angepasst wird

Ergebnisse der Tartrazin-Experimente

  • Die Experimente des Forschungsteams wurden in Science veröffentlicht
  • Frische Hühnerbrust wurde schon wenige Minuten nach dem Eintauchen in eine Lösung des gelben Lebensmittelfarbstoffs Tartrazin für rotes Licht transparent
    • Tartrazin ist ein gelber Lebensmittelfarbstoff, der in den USA in Produkten wie Doritos und dem Getränk SunnyD verwendet wird
    • Der Farbstoff verringert die Lichtstreuung im Gewebe, sodass Licht tiefer eindringen kann
  • Wurde Tartrazin auf den Unterbauch einer Maus aufgetragen, wurde die Bauchhaut transparent und Darm sowie andere Organe wurden sichtbar
  • Nachdem der Farbstoff auf den rasierten Kopf einer Maus aufgetragen worden war, wurden die Blutgefäße im Gehirn mit laser speckle contrast imaging beobachtet
  • Dr. Guosong Hong erklärte, man würde normalerweise erwarten, dass Farbstoffe ein Objekt weniger transparent machen; wenn Tartrazin jedoch in undurchsichtige Muskeln oder Haut eingebracht werde, werde der Bereich des roten Lichts mit zunehmender Tartrazin-Menge klarer sichtbar

Grenzen und Sicherheit

  • Das Forschungsteam bewertete den Prozess als reversibel und wiederholbar
  • Die Haut kehrt nach dem Abwaschen des Farbstoffs zu ihrer natürlichen Farbe zurück
  • Derzeit ist die Tiefe der Transparenzmachung durch die Eindringtiefe des Farbstoffs begrenzt
  • Hong hält Mikronadel-Pflaster oder Injektionen für mögliche Wege, den Farbstoff tiefer einzubringen
  • Das Verfahren wurde bislang nicht am Menschen getestet; insbesondere bei einer Injektion des Farbstoffs unter die Haut muss die Anwendungssicherheit nachgewiesen werden

Mögliche medizinische Anwendungen

  • Sollte das Verfahren auf Menschen anwendbar sein, könnte es in verschiedenen medizinischen Situationen genutzt werden
    • Lokalisierung von Verletzungen
    • Auffinden von Venen für Blutabnahmen
    • Überwachung von Magen-Darm-Erkrankungen
    • Erkennung von Tumoren
  • Hong stellt die Möglichkeit in Aussicht, tiefliegende Tumoren zu diagnostizieren, indem man direkt in Gewebe blickt, statt invasive Biopsien vorzunehmen
  • Wenn sich Venen leichter finden lassen, könnte das helfen, Schmerzen bei Blutabnahmen zu verringern

Potenzial als Forschungswerkzeug

  • Viele Wissenschaftler nutzen natürlich transparente Tiere wie zebrafish, um zu erforschen, wie sich Organe und Krankheitsmerkmale wie Krebs in lebenden Organismen entwickeln
  • Mit transparent machenden Farbstoffen könnte sich die Bandbreite der Tiere erweitern, die auf ähnliche Weise untersucht werden können
  • Christopher Rowlands und Jon Gorecki vom Imperial College London bewerten in einem Begleittext, dass dieses Verfahren auf sehr breites Interesse stoßen dürfte
  • In Kombination mit moderner Bildgebung könnte es dazu dienen, das gesamte Mäusegehirn aufzunehmen oder Tumoren unter zentimeterdickem Gewebe zu finden

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-09-07
Hacker-News-Kommentare

  • Als Kind habe ich eine Kurzgeschichte gelesen, vermutlich von Paul Jennings, in der die Haut eines Jungen transparent wurde, nachdem ihn ein seltsames Insekt gebissen hatte, sodass er in einer Höhle leben musste.
    Jahre später wurde er erneut gebissen, seine Haut wurde wieder normal und er kehrte in die Gesellschaft zurück – doch inzwischen waren alle anderen transparent geworden, sodass er wieder zum Außenseiter wurde.

  • Es heißt zwar: „nicht an Menschen getestet“, aber wenn es für Fachleute keinen völlig offensichtlichen Grund gibt, warum es beim Menschen nicht funktionieren sollte, fällt es schwer zu glauben, dass niemand im Labor es heimlich am eigenen Körper ausprobiert hat.

    • Ich wollte diesen Guardian-Artikel einreichen, bevor er auf HN auftauchte, habe es dann aber gelassen, als ich sah, dass es Mausexperimente waren.
      Bei ähnlichen Papers oder Artikeln kam sonst sofort der Kommentar „funktioniert nur bei Mäusen“; diesmal fühlt es sich so an, als sei dieser Schritt schon überschritten.
    • Der Artikel übertreibt an einer Stelle. Die Haut wird nicht für alles Licht transparent, sondern nur bei bestimmten roten Wellenlängen.
      Außerdem dürfte eine recht hohe Konzentration nötig sein, die sich nicht so leicht entfernen lässt, wie der Artikel suggeriert; bei hohen Dosen mache ich mir Sorgen wegen möglicher Toxizität.

  • Es ist erstaunlich, dass ein so verbreiteter Farbstoff, der für seinen eigentlichen Zweck – das Färben – verwendet wird, diese Eigenschaft noch nicht erklärt bekommen hat.
    Gibt es vielleicht eine offensichtliche Einschränkung, die Fachleute in Chemie oder Biologie sofort erkennen würden, oder hat wirklich nur der Zufall verhindert, dass dieser Ansatz bisher ausprobiert wurde?

    • Tatsächlich braucht man wohl eine ziemlich hohe Konzentration, weshalb das im Alltag nicht aufgefallen sein könnte.
      Dass Mäusehaut, wie unten erwähnt, dünner ist, klingt ebenfalls plausibel; allerdings gibt es auch beim Menschen recht dünne Hautstellen, etwa an Ohr oder Handgelenk.
      Ich habe das Gefühl, dass ein mutiger YouTuber es ausprobieren wird, bevor die Autoren des Papers eine Ethikfreigabe bekommen; ich sollte in ein oder zwei Monaten mal danach suchen.
    • Bei einem so verbreiteten Stoff wirkt es merkwürdig; man sollte meinen, irgendjemand hätte ihn sich auf den Körper geschüttet und diesen Effekt bemerkt.

  • Paper: „Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules“, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869

    • Es geht darum, die Brechungsindex-Differenz zwischen Wasser und Lipiden zu verringern, sodass lebendes biologisches Gewebe optisch transparent wird.
      Das Erstaunlichste daran ist, dass dies mit einem klassischen optischen Modell vorhergesagt wurde [1].
      [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_oscillator_model

  • Es ist lustig, sich vorzustellen, dass jedes Mal, wenn ich Fanta trinke, mein Darm transparent wird – und die einzigen, die das sehen können, die Mikroben sind, die darin leben.
    Die Mikroben dürften auf ihre Weise auch „völlig überrascht“ sein.

    • Jeder Stoff ist bei einer bestimmten Wellenlänge transparent.

  • Dem Artikel zufolge ist der Farbstoff Tartrazin, also FD&C Yellow 5 oder E102.

    • Yellow #5 auf der Haut macht einen nicht transparent.
      Quelle: Doritos

  • Wurde noch nie an Menschen getestet.
    Einige Frösche aus dem tropischen Amerika (Centrolenidae) haben sich so entwickelt, dass sie von Natur aus transparent werden können, und auch einige Fische, darunter Siluriformes und Perciformes, besitzen ähnliche Fähigkeiten; bei niederen Wirbeltieren ist das also mehrfach entstanden.
    Allerdings haben sie einen anderen Stoffwechsel als Menschen, und Mäusehaut ist deutlich dünner als menschliche Haut. Dieser Effekt dürfte nur bei sehr kleinen Tieren funktionieren und ab einer gewissen Dicke an optische Grenzen stoßen. Für einen Finger vielleicht möglich, fürs Herz eher schwierig; meine derzeitige Erwartung liegt bei 4 von 10.

    • Trotzdem haben in den vergangenen zwölf Monaten Milliarden Menschen diese Substanz gegessen, teils auch in pharmazeutischer Form, um gelbe Pillen herzustellen.
      In hoher Dosis könnte sie problematischer sein, aber sie ist wahrscheinlich ziemlich sicher und weitere Tests wert.

  • Angeblich konnte man nach dem Auftragen auf die Kopfhaut von Nagern die Blutgefäße im Gehirn sehen – seit wann haben Mäuse denn keinen Schädelknochen mehr?

    • Der Schädel von Mäusen ist sehr dünn, sodass man manchmal direkt hindurch bildgebend untersuchen kann.
    • Dachte ich auch, aber weiter hinten im Artikel steht, dass das Ergebnis aus der Kombination von Laser-Speckle-Bildgebung und Farbstoff stammt.
    • Im Artikel steht, dass für das Hirnexperiment Laser-Speckle-Bildgebung verwendet wurde.

  • Wenn das in Doritos steckt, warum sind Call-of-Duty-Spieler dann nicht ständig transparent?

    • Die Haut ist transparent, aber Cheeto-Staub ist es nicht.
    • Vielleicht war der Magen die ganze Zeit transparent, und niemand hat es bemerkt.