Trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “The Invisible Man” xuất bản năm 1897 của H.G. Wells, nhân vật chính đã phát minh ra một loại huyết thanh khiến các tế bào trong cơ thể anh ta trở nên trong suốt bằng cách kiểm soát cách chúng bẻ cong ánh sáng.
Hơn 100 năm sau, các nhà khoa học đã phát hiện ra phiên bản đời thực của chất này: Một loại phẩm màu thực phẩm thường được dùng trong các loại đồ ăn nhẹ và kẹo như bánh tortilla và kẹo ngô có thể làm cho da chuột tạm thời trở nên trong suốt, cho phép các nhà khoa học quan sát chức năng của các cơ quan trong cơ thể, theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science.
Bước đột phá này có thể cách mạng hóa nghiên cứu y sinh và nếu được thử nghiệm thành công trên người, nó sẽ có nhiều ứng dụng trong y học và chăm sóc sức khỏe, chẳng hạn như làm cho tĩnh mạch dễ nhìn thấy hơn để lấy máu.
Các nhà nghiên cứu đã làm cho da trên hộp sọ và bụng của những con chuột thí nghiệm trở nên trong suốt bằng cách sử dụng hỗn hợp nước và một loại phẩm màu thực phẩm màu vàng gọi là tartrazine. Rửa sạch bất kỳ dung dịch còn lại nào sẽ đảo ngược quá trình này, điều này không gây hại cho động vật. Lông của chuột đã được loại bỏ trước khi sử dụng dung dịch.
“Đối với những người hiểu được kiến thức vật lý cơ bản đằng sau hiện tượng này, điều này có lý; nhưng nếu bạn không quen với nó, thì nó giống như một trò ảo thuật”, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Zihao Ou, phó giáo sư vật lý tại Đại học Texas ở Dallas, cho biết trong một tuyên bố.
Phân tử thuốc nhuộm hấp thụ ánh sáng
“Phép thuật” sử dụng hiểu biết sâu sắc từ lĩnh vực quang học. Các phân tử thuốc nhuộm hấp thụ ánh sáng tăng cường khả năng truyền ánh sáng qua da bằng cách ức chế khả năng phân tán ánh sáng của mô.
Thuốc nhuộm, khi trộn với nước, sẽ thay đổi chiết suất, là thước đo cách một chất bẻ cong ánh sáng, của phần nước của mô để phù hợp hơn với chỉ số protein và chất béo trong mô. Quá trình này giống như một đám mây sương mù tan biến.
Ou, người thực hiện nghiên cứu này với tư cách là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Đại học Stanford ở California, Mỹ, cho biết: "Chúng tôi đã kết hợp thuốc nhuộm màu vàng, một phân tử hấp thụ hầu hết ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng xanh và tia cực tím, với da, một môi trường tán xạ".
“Khi là thành phần riêng lẻ, hai thứ này chặn hầu hết ánh sáng đi qua chúng,” ông nói. “Nhưng khi chúng tôi ghép chúng lại với nhau, chúng tôi có thể đạt được độ trong suốt trên da chuột.” Khi thuốc nhuộm đã thẩm thấu hoàn toàn vào da, da sẽ trở nên trong suốt.
“Phải mất vài phút để độ trong suốt xuất hiện”, Ou nói. “Nó tương tự như cách kem dưỡng da mặt hoặc mặt nạ hoạt động: Thời gian cần thiết phụ thuộc vào tốc độ các phân tử khuếch tán vào da”.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên ức gà trước khi tiến hành thử nghiệm trên động vật sống.
Ở chuột, các nhà nghiên cứu có thể quan sát trực tiếp các mạch máu trên bề mặt não thông qua lớp da trong suốt của hộp sọ. Các cơ quan nội tạng của chuột có thể nhìn thấy ở bụng cũng như các cơn co thắt cơ giúp di chuyển thức ăn qua đường tiêu hóa.
Hình ảnh minh họa sự khác biệt về độ trong suốt của mô ức gà sau khi ngâm trong dung dịch tartrazine với nồng độ tăng dần.
Ou cho biết những vùng trong suốt sẽ chuyển sang màu cam, tương tự như màu của thuốc nhuộm thực phẩm.
Thuốc nhuộm được sử dụng trong dung dịch thường được gọi là FD&C Yellow No. 5, được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chứng nhận sử dụng. Thuốc nhuộm tổng hợp thường được sử dụng trong các loại khoai tây chiên ăn nhẹ màu cam hoặc vàng, lớp phủ kẹo, kem và các loại bánh nướng.
Tuy nhiên, một nghiên cứu năm 2021 của Văn phòng Đánh giá Rủi ro Sức khỏe Môi trường California đã liên kết màu nhuộm với các khó khăn về hành vi và giảm sự chú ý ở trẻ em. Một dự luật của tiểu bang, nếu được ký thành luật, sẽ cấm sử dụng phẩm màu thực phẩm trong thực phẩm được phục vụ tại các trường công lập ở California.
Ou cho biết điều quan trọng là thuốc nhuộm phải tương thích sinh học, an toàn cho các sinh vật sống. “Ngoài ra, nó rất rẻ và hiệu quả; chúng tôi không cần quá nhiều thuốc nhuộm để có tác dụng”, ông nói.
Các ứng dụng y sinh có thể có cho con người
Các nhà nghiên cứu chưa thử nghiệm quy trình này trên người và vẫn chưa rõ cần dùng liều lượng chất bao nhiêu hoặc phương pháp phân phối nào. Theo các nhà nghiên cứu, da người dày hơn da chuột gấp khoảng 10 lần.
Tác giả chính Guosong Hong, phó giáo sư khoa học vật liệu tại Stanford, cho biết qua email: “Nhìn về tương lai, công nghệ này có thể giúp tĩnh mạch dễ nhìn thấy hơn, giúp dễ dàng hơn… quy trình lấy máu hoặc truyền dịch bằng kim tiêm — đặc biệt là đối với những bệnh nhân lớn tuổi có tĩnh mạch khó tìm”.
“Hơn nữa, cải tiến này có thể hỗ trợ phát hiện sớm bệnh ung thư da, cải thiện khả năng thâm nhập ánh sáng cho các phương pháp điều trị mô sâu như liệu pháp quang động và quang nhiệt, đồng thời giúp việc xóa hình xăm bằng laser trở nên đơn giản hơn.”
Hình ảnh trước và sau cho thấy thuốc nhuộm cho phép các nhà nghiên cứu nhìn thấy các cơ quan của chuột bằng cách làm cho da của chúng tạm thời trong suốt.
Christopher Rowlands, giảng viên cao cấp tại khoa kỹ thuật sinh học tại Đại học Hoàng gia London, Anh, cho biết ông có cùng nhận định giống như nhóm do Stanford dẫn đầu, dựa trên nguyên lý vật lý lâu đời và được nghiên cứu rộng rãi có tên là mối quan hệ Kramers-Kronig: Khi một vật liệu hấp thụ nhiều ánh sáng ở một màu, nó sẽ bẻ cong ánh sáng nhiều hơn ở các màu khác.
Rowlands là đồng tác giả của bài bình luận được xuất bản cùng với báo cáo kết quả của nhóm nghiên cứu, cho biết: "Điều này có các nguyên lý rất rõ ràng khi nó được phát hiện ra, nhưng không ai nghĩ đến nó trong hơn 100 năm".
Cùng với Jon Gorecki, một nhà vật lý quang học thực nghiệm tại cùng một tổ chức, Rowlands đã viết rằng phương pháp này cung cấp một cách mới để hình dung cấu trúc và hoạt động của các mô và cơ quan sâu trong động vật sống theo cách an toàn, tạm thời và không xâm lấn.
CÙNG CHUYÊN MỤC
