Des chercheurs de l’université de Stanford ont réalisé un exploit tout droit sorti de la science-fiction : ils ont mis au point une méthode permettant de rendre la peau vivante temporairement transparente à l’aide d’un colorant alimentaire courant.
Dans une expérience qui rappelle L’homme invisible de H.G. Wells, les scientifiques ont utilisé un colorant alimentaire courant pour rendre transparents l’abdomen et la peau du crâne de souris vivantes. Cette technique innovante leur a permis de voir les organes internes sans avoir recours à une chirurgie invasive.
« Pour ceux qui comprennent la physique fondamentale qui sous-tend cette technique, elle est logique ; mais si on ne la connaît pas, elle ressemble à un tour de magie », a déclaré Zihao Ou dans un communiqué de presse. Zihao Ou est l’un des auteurs principaux et a mené l’étude alors qu’il était chercheur postdoctoral à Stanford avant de rejoindre la faculté de l’université du Texas.
Les méthodes d’imagerie traditionnelles comme les rayons X, les IRM et la tomodensitomètrie (scanner) impliquent souvent des radiations et entraînent divers effets secondaires. Cette nouvelle approche offre une alternative plus sûre en rendant les tissus transparents, révélant ainsi les détails internes sans ces inconvénients, selon le communiqué de presse. Les chercheurs précisent toutefois que ces résultats sont encore préliminaires.
La science derrière la magie
Dans le roman de H.G. Wells, le protagoniste devient invisible en modifiant l’interaction de son corps avec la lumière. Selon l’étude publiée dans la revue Science, les chercheurs ont obtenu un effet similaire en utilisant la tartrazine, un colorant alimentaire courant utilisé dans les bonbons et les boissons.
Les chercheurs ont combiné le colorant alimentaire, également connu aux États-Unis sous le nom de FD&C Yellow 5 et de colorant E 102 en Europe, avec de la peau, deux éléments qui « empêchent une grande part de la lumière de les traverser », a déclaré Zihao Ou. « En les associant, nous avons réussi à obtenir la transparence ».
Les scientifiques ont eu recours à la science de la réfraction de la lumière pour obtenir la transparence de la peau. Prenons l’exemple d’un crayon dans un verre d’eau. Le crayon apparaît courbé à la surface de l’eau parce que la lumière se courbe différemment dans l’air et dans l’eau, en raison de leurs propriétés différentes de réfraction de la lumière.
Un phénomène similaire se produit dans les tissus. La peau semble opaque parce que l’eau, les graisses et les protéines qu’elle contient courbent la lumière différemment, ce qui entraîne sa dispersion. La tartrazine modifie la façon dont la lumière interagit avec la peau, ce qui la rend transparente à la lumière rouge.
Les chercheurs ont utilisé cette méthode pour visualiser des cellules marquées par fluorescence et divers organes comme le foie, l’intestin grêle et la vessie. Ils ont également pu suivre le flux sanguin dans le cerveau, surveiller l’activité musculaire dans les membres et observer le rythme cardiaque et la respiration de la souris en temps réel. Ils ont également examiné le mouvement des neurones dans l’intestin, ce qui leur a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les processus digestifs.
Un processus rapide et réversible
Le processus est réversible, selon les chercheurs. « Il faut quelques minutes pour que la transparence apparaisse », a déclaré Zihao Ou.
« Dès que nous avons rincé et massé la peau avec de l’eau, l’effet s’est inversé en quelques minutes », a déclaré dans un communiqué Guosong Hong, professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à l’université de Stanford et auteur principal de l’étude.
Une perspective connexe, également publiée en septembre dans Science, explore la manière dont cette méthode représente une amélioration majeure par rapport aux anciennes techniques utilisées pour rendre les tissus clairs afin de voir à l’intérieur du corps et pour le diagnostic médical.
Les méthodes traditionnelles utilisent souvent de grandes quantités d’agents de clarification comme le glycérol ou les acides acétiques, qui peuvent dessécher les tissus, ont écrit Christopher Rowlands et Jon Gorecki, chercheurs en optique et auteurs de la perspective. En revanche, la méthode à la tartrazine fonctionne avec des quantités beaucoup plus faibles de colorant et peut être facilement inversée, ont-ils fait remarquer.
Avantages et applications potentiels
Selon les chercheurs, la nouvelle technologie pourrait constituer une alternative plus sûre aux biopsies douloureuses et aux radiographies, qui exposent les personnes à des radiations potentiellement dangereuses.
Selon Christopher Rowlands et Jon Gorecki, cette méthode offre une vision plus claire des tissus, ce qui pourrait améliorer la précision du diagnostic.
La transparence des tissus pourrait réduire le besoin de procédures invasives comme les biopsies et les prises de sang, ainsi que le recours à des scanners lourds en radiations, minimisant ainsi l’inconfort et les risques.
« En médecine humaine, nous disposons actuellement d’ultrasons pour examiner l’intérieur du corps vivant », a ajouté M. Ou. « De nombreuses plateformes de diagnostic médical sont très coûteuses et inaccessibles à un large public, mais les plateformes basées sur notre technologie ne devraient pas l’être. »
« Si nous pouvions simplement regarder ce qui se passe sous la peau au lieu de l’inciser ou d’utiliser des radiations, nous pourrions changer la façon dont nous voyons le corps humain », a déclaré le Pr. Hong.
Christopher Rowlands et Jon Gorecki suggèrent également que les tissus transparents pourraient améliorer notre compréhension du cerveau et la détection des tumeurs sous ces tissus. Ils ont écrit que la nouvelle approche pourrait permettre une imagerie plus profonde des tissus, potentiellement jusqu’à 10 fois plus efficace, ce qui rendrait possible l’étude de l’ensemble du cerveau de la souris. Cette meilleure visibilité pourrait également aider à localiser les tumeurs près des vaisseaux sanguins, même à travers d’épaisses couches de tissus.
Défis et orientations futures
Si les résultats sont encourageants pour les scientifiques, la technique n’a été testée que sur des animaux et des essais supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si elle fonctionnerait sur une peau humaine plus épaisse.
Néanmoins, les chercheurs sont optimistes quant au potentiel de cette technologie à transformer l’imagerie médicale et les diagnostics, en offrant une alternative plus sûre et plus accessible aux méthodes traditionnelles comme les rayons X, les IRM et les scanners.
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