Когда исследователи проводят опыты с мышами, зачастую прибегают к хирургическим операциям: вырезают полоски ткани, чтобы проследить, как то или иное лекарство оказывает влияние на живой организм. Такого рода эксперименты на животных часто вызывают негодование зоозащитников. Группа биоинженеров из США нашла метод, позволяющий изучать лабораторных грызунов безболезненным способом.
Геномы человека и мыши хоть и различаются, однако в них есть абсолютно идентичные участки. В 2002 году ученые секвенировали полный геном этих животных и узнали, что он совпадает с человеческим на 80 процентов. Это одна из причин, по которой грызунов все чаще стали выбирать для научных опытов.
Еще мыши очень удобны для экспериментов. Пушистые зверьки примерно в три тысячи раз меньше человека, их легко содержать, они хорошо адаптируются к новым условиям. На грызунах среди прочего изучают опухоли и испытывают новые лекарства, которые могут помочь людям победить неизлечимые болезни.
Наблюдать за внутренней средой живых грызунов во время опытов не так просто. Обычно ученые прибегают к сканированию и эндоскопии. Однако эти методы либо не обладают достаточной глубиной проникновения и разрешением, либо непригодны для изучения конкретных участков тканей. В последнем случае ученые используют скальпель: вырезают у живых существ полоски тканей для последующего анализа.
Команда биоинженеров из США под руководством Цзыхао Оу (Zihao Ou) из Стэнфордского университета разработала способ, позволяющий изучать лабораторных мышей без хирургического вмешательства. Ученые сделали кожу живых грызунов прозрачной с помощью раствора из воды и пищевого красителя тартразина, известного как E102. Сильно поглощающие свет молекулы красителя изменяли показатель преломления ткани — скорость, с которой свет проходит через нее. Это приводило к уменьшению контраста в показателях преломления между водой и липидами, делая биологические живые ткани прозрачными.
После того как ученые втирали раствор в кожу грызунам, она становилась прозрачной, что позволило исследователям напрямую увидеть внутренние органы мышей, в том числе желудочно-кишечный тракт. Кроме того, биоинженеры смогли рассмотреть кровеносные сосуды в мозге мышей, обычно такая процедура требует удаления кожи головы из-за ее непрозрачности. Об этом исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале Science.
«Чтобы понять, как работает этот метод, подумайте о газированной воде. Свет, проходящий через жидкость, меняет направление каждый раз, когда он переходит из воды в пузырек газа или наоборот. Это означает, что свет рассеивается во всех направлениях. Биологическая ткань ведет себя аналогичным образом, поскольку содержит много воды, а также другие молекулы, такие как липиды и белки, которые обычно имеют более высокий коэффициент преломления, чем вода», — объяснил Оу.
Во время лабораторных опытов раствор не причинил вреда мышам, он легко смывается водой. Новый способ обладает достаточной глубиной проникновения: обеспечивает разрешение вплоть до микрометра с глубиной исследования до нескольких миллиметров. Иными словами, этот метод позволяет видеть лучше, чем любые профильные инструменты, при этом отпадает необходимость в скальпеле. Например, превращает непрозрачную брюшную полость живой мыши в прозрачную и, таким образом, помогает исследовать моторику кишечника.
Отметим, что тартразин может быть токсичным, если нанести краситель на кожу в большом количестве. Но нейробиологи регулярно вставляют зонды и линзы в мозг или удаляют куски коры головного мозга мышам, что делает использование красителя наименьшим из зол.
