Живая прозрачность

В биологии есть довольно изощрённые методы, позволяющие делать органы и ткани прозрачными. Вряд ли стоит пояснять, зачем это нужно: в прозрачных органах видно, как их клетки и группы клеток, разные функциональные части расположены друг относительно друга, как они соединены – видно без разрезов, без вскрытия, без нарушения целостности тканей. Так действительно можно увидеть много нового, до сих пор невиданного, вроде кровеносных сосудов в костях и чувствительных нервов в жировой ткани.

Об этих методах мы несколько лет назад подробно писали; общий смысл там в том, чтобы избавить ткани от липидов, которые рассеивают падающий свет, одновременно закрепив на своих местах все прочие крупные молекулы и молекулярные комплексы. Подобным образом можно сделать прозрачной целую мышь, правда, мёртвую – такие процедуры с жизнью несовместимы.

Однако только что в Science вышла статья, в которой говорится, что ткани – по крайней мере, кожу – можно сделать прозрачными заживо и без вымывания липидов. Когда мы говорим, что липиды рассеивают свет, то подразумеваем, что световой луч отклоняется от прежнего маршрута, когда переходит из одной среды в другую, например, из чистой воды в субстрат, наполненный липидами. Иными словами, свет преломляется и меняет скорость – это происходит на границе любых сред и описывается показателем преломления, или индексом рефракции. Чтобы не было преломления, можно уравнять свойства двух сред. Если не вдаваться в подробности, то в живых тканях у нас есть вода с мелкими молекулами и огромные липидные и белково-липидные комплексы, в первую очередь, клеточные мембраны. Можно либо избавиться от липидов, либо каким-то образом изменить свойства окружающей их воды.

Сотрудники Стэнфордского университета выяснили, что уменьшить разницу в показателях преломления между водой и липидами можно с помощью жёлтого пищевого красителя тартразина, который добавляют в самые разные продукты, от газировки до мороженого, от йогуртов до сухого пюре.

Как и любой краситель, он уменьшает прозрачность воды, но изменения в показателе преломления относительно липидов с лихвой это перекрывают: вода с тартразином и липиды химически по-прежнему сильно отличаются друг от друга, но для света эти отличия становятся несущественными. Эксперименты ставили с мышами: в бритую кожу втирали тартразин, и кожа становилась прозрачной, хотя и с желтовато-оранжевым оттенком – сквозь неё, как сквозь стеклянное окно, можно было заглянуть внутрь мыши, увидеть сердечные сокращения и работу кишечника.

Мышь до обработки тартразином (слева) и после (справа), когда под опрозрачнившейся кожей стали видны внутренние органы. (Фото: Zihao Ou et al., Science, 2024)

Нанося тартразин на другие места, исследователи сумели увидеть работу мышечных волокон – их, разумеется, разглядывали с помощью специального микроскопа. Втерев краситель в бритую кожу черепа, удалось увидеть нейроны самого верхнего слоя мозга (череп у мышей тонкий и легко проницаем для определённых световых волн). Когда краситель из кожи вымывали, мышь становилась снова непрозрачной и жила дальше без каких-либо побочных эффектов.

Естественно, у метода есть свои ограничения. Кожа и, скажем, другие ткани, которые нужно сделать прозрачными, могут быть толще или тоньше, или лежать глубоко в теле, но в таких случаях тартразин можно вводить поглубже под кожу – такие опыты тоже ставили. Обычно на живые клетки смотрят не просто так, их заранее модифицируют, чтобы они синтезировали флуоресцентный белок, или же вносят какую-то другую флуоресцентную краску. Оранжевый тартразин может гасить свет от такой краски.

Наконец, он не делает прозрачным кровь, а значит, там, где ткани прикрыты эритроцитам с гемоглобином, видно особо ничего не будет. Но универсальных методов, которые позволяли бы делать всё, везде и сразу, вообще нет. Тартразин, пусть даже с ограничениями, всё равно поможет в изучении клеток, тканей и органов, как они есть в целом, живом организме. Возможно, что по аналогии с тартразином найдут и другие похожие вещества, которые можно будет использовать не только в фундаментальных исследованиях, но и – как знать! – в медицине.