Прозрачная мышь

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Помните крем, который передал Азазелло Маргарите накануне бала у Воланда и просил втереть его в тело? Она выполнила инструкцию, помолодела и превратилась в ведьму.

Теперь кремами с эффектом мгновенного лифтинга никого уже не удивишь. Ученые постарались на славу. В результате возраст женщин, имеющих доступ к этой косметике, нынче определить весьма затруднительно. Ей может быть в равной степени и 35, и 65. Мужчины в замешательстве, вся навигация летит к черту.

Однако сегодня появилось нечто более удивительное и более полезное для человечества — для медицины и для науки уж точно. Представьте, что Азазелло наших дней передал Маргарите пузырек с желтым водным раствором. Маргарита взяла пузырек, втерла раствор в кожу лица и рук, посмотрела в зеркало и… упала в обморок. Потому что желтый раствор сделал ее кожу прозрачной, и стало видно все, что под ней находится.

Именно такой волшебный раствор, делающий живую кожу обратимо прозрачной, создали биоинженеры и материаловеды. Как это получилось? Для начала давайте разберемся, почему живая кожа непрозрачна.

Вообще прозрачность или непрозрачность, чего бы то ни было — это результат взаимодействия света с компонентами материала. Кожа представляет собой композиционный материал, который содержит самые разные вещества — воду, липиды, белки. И все они по-разному взаимодействуют со светом.

Так вот, на границе раздела компонентов с разным показателем преломления свет рассеивается и не проходит насквозь. Чем меньше разброс в показателях преломления, тем прозрачнее соответствующий материал.

Есть такой алкогольный напиток абсент. Это раствор эфирных масел полыни, мяты и аниса в 70%-ном спирте. Он совершенно прозрачен. Но стоит добавит туда воды, как раствор станет мутным. Разбавленный спирт не сможет растворить все эфирные масла, и часть их выпадет в виде жидких капелек. Образуется эмульсия, система со сложной структурой, и свет начинает рассеиваться на капельках масел. То же самое и с нашей кожей.

А как систему сделать прозрачной? Надо максимально сгладить разницу между коэффициентами преломления веществ, в нее входящих. Эту работу может выполнить вещество, сильно поглощающее свет. К таким веществам относятся красители.

Исследователи перебрали более двух десятков синтетических красителей и остановились на тартразине. Это пищевой краситель с кодом Е102. Его добавляют в сливочное масло, пудинги, чипсы, плавленый сыр, конфеты и газировки, чтобы придать им желто-оранжевый цвет. Добавляют его в витамины, лекарства и косметику. Так вот — тартразин, впитавшийся в кожу, как бы сглаживает показатели преломления разных молекул и их кластеров, входящих в систему.

Как он это делает? Я, конечно, могу с умным видом порассуждать об осцилляторе Лоренца и соотношении Крамерса — Кронига. Но не буду ломать комедию — я в этом мало что понимаю. Так что поверим физикам-оптикам на слово. Если же говорить упрощенно, то краситель тартразин меняет оптические свойства кожи и как будто расчищает дорогу свету, чтобы он смог пройти насквозь.

Исследователи в эксперименте втирали водный раствор красителя в пузико лабораторной мышки. И этот участок кожи через несколько минут превращался в прозрачный иллюминатор, сквозь который были видны внутренние органы зверька. Теперь исследователи могли напрямую наблюдать за работающими желудком, печенью, тонкой и слепой кишками, мочевым пузырем.

Когда раствор тартразина втирали в лапку мыши, то видимыми становились мышцы, которые теперь можно было рассмотреть в деталях. Никакого дополнительного оборудования при этом не требовалось. Только глаза исследователя, которые вдруг приобрели способность видеть сквозь стену.

Этот эффект полностью обратим. Он исчезнет, если смыть раствор с кожи. Если же раствор не смывать, то эффект продержится около 10–20 минут. А потом кожа вернется в обычное состояние. Но, согласитесь, и за 20 минут можно много чего разглядеть.

Пока о людях речь не идет. Хотя в потенциале это, конечно, многообещающая стратегия со множеством приложений. Даже в таком рутинном деле, как, например, найти вену на руке для инъекции. Часто у пожилых людей это сделать крайне затруднительно. Не говоря уже о диагностике.

Рассматривая органы и внутренности через прозрачную кожу, мы видим их гораздо более отчетливо и детально, нежели магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвук. То есть аппаратная диагностика дает картинку с меньшим разрешением по сравнению с тем, что мы видим глазами. Новый способ обеспечивает разрешение вплоть до микрометра.

На самом деле этот метод идеально дополнит аппаратные исследования, которые могут заглянуть внутрь сосудов, почки и желчного пузыря. Прозрачная кожа такой возможности не дает.

Живая прозрачная кожа может пригодиться, например, и при лазерной терапии, когда лазерным лучом удаляют раковые клетки. Лазерный луч — это тот же свет. И он также рассеивается кожей. Возможно, участки прозрачной кожи облегчат лазерному лучу нанести точный и мощный удар по цели, причем с более глубоким залеганием.

Но и для научных исследований прозрачная живая кожа открывает потрясающие возможности. Исследователи пока экспериментируют с мышами, на которых среди прочего изучают опухоли. На них же испытывают новые лекарства для людей.

И теперь в исследованиях на грызунах можно будет обходиться без скальпеля.

Конечно, прежде чем эта стратегия придет в медицину, тартразин будут долго и тщательно тестировать, чтобы убедиться в его безвредности для людей. Но тут есть другая проблема.

Дело в том, что кожа человека примерно в 10 раз толще, чем у мышей, а это означает, что потребуются не минуты, а сотни минут, чтобы краситель продиффундировал в кожу. Так что, видимо, для людей надо искать другие, еще более сильные молекулы — с точки зрения поглощения света.

Интересно, а прозрачная кожа животных — это что-то новое для природы? Нет, конечно. Природа давно освоила технологию изготовления прозрачных покровов. Взять, к примеру, аквариумных рыб вида Parambassis ranga, которые также известны как стеклянные окуни.

Они обитают в пресных водах азиатских стран и достигают 8 сантиметров в длину. Они настолько прозрачны, что через их внешний покров можно легко рассмотреть не только все внутренние органы, но и пространство, которое находится за рыбкой. Она буквально растворяется в воде, поэтому враги ее не замечают.

А еще есть так называемые стеклянные лягушки, которые обитают в Южной Америке. Сквозь их прозрачную кожу можно рассмотреть все внутренности. А еще — стеклянный прыгающий паук, полупрозрачная саламандра и, конечно, невероятно красивый стеклянный осьминог.

Интересно, как у них решена проблема выравнивания коэффициентов преломления всех компонентов кожи? С помощью каких веществ их кожа становится оптически прозрачной? Может быть, стоит у них поискать природные светопоглощающие вещества? Я бы поискала.