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En 1897, George Wells publicaba la novela “El hombre invisible”. Allí, el protagonista vuelve transparente las células de su cuerpo haciendo que el índice de refracción de estas coincida con el medio circundante: el aire. Ciento veintisiete años más tarde la realidad supera la ficción. Ahora, un estudio publicado en la revista Science afirma haber encontrado un tinte biocompatible que permite que los tejidos vivos sean transparentes al hacer coincidir el índice de refracción del medio con el de las células.
Su autor, Zihao Ou, profesor de física de la Universidad de Stanford, consiguió la transparencia óptica en animales vivos. El objetivo del experimento es mejorar la obtención de imágenes de los tejidos para el análisis y detección de distintas patologías y enfermedades.
La cuestión física del experimento: ¿Cuál es entonces el fundamento de esta técnica?
Cuando un haz de luz pasa de un medio a otro distinto, como el agua y el aire, el rayo de luz sufre una desviación en la trayectoria, conocido como refracción. Esta desviación se produce porque la luz viaja de manera distinta en los dos materiales, que tienen composición y densidad diferentes. Esto genera una distorsión en el paso de la luz a través de los dos componentes.
Un ejemplo práctico es poner una moneda en un vaso de agua: si nos alejamos, la moneda parecerá cambiar su posición y su tamaño. Esta ilusión se debe a que, como el aire y el agua tienen distinto índice de refracción, la luz “entorpece” su trayectoria y la imagen se distorciona.
Hipótesis del estudio
En la práctica, este grupo de investigación se enfoca en modificar los índices de refracción del cuerpo y sus tejidos puesto que al estar compuesto de materiales muy heterogéneos con distintos índices de refracción, la luz altera su rumbo y hace que los tejidos se vean de forma opaca y poco clara. Esto presenta un fuerte inconveniente cuando se quiere observar y detectar algún órgano o componente específico. Para ello, el grupo de Zihao Ou propone como solución usar moléculas con una fuerte capacidad de absorción de luz para lograr la transparencia óptica.
Las moléculas colorantes pueden absorber la luz en el rango inferior del espectro visible por el ojo humano, es decir, en ultravioleta y la región azul. Estas moléculas resultan eficaces para igualar los índices de refracción de los distintos elementos de cuerpo y volverlos transparentes.
“Algo muy creativo de este artículo es que, para lograr la transparencia, utilizan unas moléculas que absorben mucha luz y la bloquean. Pero solo en el rango azul. En el rojo, cambian el índice de refracción de otros materiales, como la piel, y los hacen transparentes”, explica Martín López, investigador del Instituto de Óptica del CSIC.
El experimento en ratones
En este estudio, se utilizó una solución acuosa de una colorante alimentario común: la tartrazina. Sus efectos hacen que la piel, los músculos y los tejidos conectivos se vuelvan transparentes de forma reversible en roedores vivos.
“Combinamos el colorante amarillo, que es una molécula que absorbe la mayor parte de la luz, con la piel, que es un medio de dispersión. Individualmente, estas dos cosas impiden que la mayor parte de la luz las atraviese. Sin embargo, juntas, nos permitieron hacer transparente la piel del ratón”, resume Zihao Ou.
Al introducir en agua la tartrazina y combinarlo con los distintos tejidos, las moléculas se estructuraron de forma que los índices de refracción se igualaron, impidiendo la dispersión de la luz para conseguir la transparencia óptica.
Primero aplicaron este compuesto en el abdomen del ratón vivo, volviendo perfectamente visible a través de la piel. Esto permitió la visualización de neuronas entéricas marcadas con proteínas fluorescentes, capturando los movimientos subyacentes que reflejaban la motilidad intestinal. Así, se favorece la creación de mapas que evolucionan en el tiempo que representan distintos patrones de movimiento del intestino del ratón.
Además, este compuesto también se suministró de manera cutánea en la cabeza del ratón para visualizar los vasos sanguíneos y la parte trasera para obtener imágenes microscópicas de las fibras musculares.
Nuevas metas y conclusiones
Esta nueva técnica representa un hito tanto para la investigación como para sus aplicaciones médicas, ya que se trata de una forma de acceder al cuerpo sin necesidad de cirugías ni intervenciones invasivas. También cuenta con la ventaja de poder experimentar en animales en vivo, sin necesidad de extirpaciones o de sacrificar al animal, lo que es una clara mejora a nivel ético.
Aunque existen algunas limitaciones, como la dispersión reducida en ciertos tejidos y la capacidad de penetración del compuesto, estas se convierten en objetivos a futuro para el perfeccionamiento de esta técnica que conlleva enormes mejoras para la ciencia y la investigación.
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