식용 염료를 사용하여 살아있는 쥐의 내부를 들여다본다.

연구에서 식용 염료의 혁신적 활용

지하오 오우(Zihao Ou)와 동료들은 빛을 강하게 흡수하는 일반적인 식용 염료를 살아있는 쥐에 국소적으로 적용하여 조직을 투명하게 만들어 두피의 혈관, 복부 피부 아래에 있는 장기의 움직임, 근육의 작은 수축 단위를 볼 수 있었다.

살아있는 동물에서 광학적 투명성을 달성하는 것은 흥미로운 물리학에 달려 있다. 강하게 흡수하는 염료 분자는 일반적으로 상당한 광 산란을 특징으로 하는 매체를 통한 광 투과율을 향상시킨다.

진정된 쥐의 두개골 바로 아래 뇌의 혈관을 타임랩스 영상으로 촬영한 것으로, 수술이나 절개 없이, 쥐의 뼈나 피부를 손상시키지 않고 촬영한 것이다. 스탠포드 대학 연구원들은 FD&C Yellow 5로 조직을 가역적으로 염색하고 레이저 스펙클 콘트라스트 영상이라는 기술을 사용하여 이 살아있는 뇌 내부의 혈류를 관찰했다. 출처: 스탠포드 대학/게일 루퍼트/NSF

생체 조직에서 투명성 달성

이 산란은 조직의 수성 부분에서 낮은 굴절률과 단백질 및 지방 기반 구성 요소의 높은 굴절률의 결과이다. 조직을 투명화하는 일반적인 방법에는 단백질과 지방을 투명화하는 것과 같은 프로세스가 포함될 수 있으며, 이는 생체 동물에서는 작동하지 않는다.

스탠포드 대학의 연구원들은 간단한 식용 염색제를 사용하여 피부와 다른 조직을 투명하게 만드는 방법을 개발했다. 이는 내과에 혁명을 일으킬 수 있는 가역적 기술이다. 이 클립에서 닭 가슴살의 얇은 조각은 FD&C Yellow 5 염색제에 노출되면 투명해진다. 출처: 미국 국립과학재단

조직 투명도에서 타르타진의 역할

오우 등은 타르타진(물에 섞은 것, FD&C Yellow 5라고 함)이라는 일반적인 식용 염색제를 국소적으로 적용하면 스펙트럼의 근자외선 및 청색 영역의 빛을 흡수하여 조직의 수성 부분의 굴절률을 변경하여 근처의 고굴절 재료의 굴절률과 더 잘 일치시킬 수 있다는 것을 발견했다.

이를 통해 스펙트럼의 비흡수 부분, 즉 빨간색/주황색 부분이 조직을 통해 더 깊이 투과될 수 있다.

물이 가득 찬 흰색 용기에 노란색 #5 염료 용액을 주입한 주사기의 클로즈업 매크로 이미지. 출처: Matthew Christiansen/U.S. National Science Foundation

의료 영상에 대한 의미

결과는 빠른 세척으로 풀 수 있는 일시적인 투명 효과이며, 투명성을 향상시키는 데 사용되는 다른 접근 방식과 달리 살아있는 동물에게 해를 끼치지 않는다.

크리스토퍼 롤런드와 존 고레키는 관련 관점에서 이 기술의 영상화 가능성에 대해 논의한다.

조직 투명성 효과와 미래에 인간에게 테스트하면 어떻게 나타날지 묘사한 애니메이션. 출처: Keyi “Onyx” Li/U.S. National Science Foundation