Un défi majeur dans l’imagerie médicale est de voir au-delà de la peau et d’autres tissus opaques pour examiner les organes et structures internes. C’est pourquoi nous avons recours à des techniques comme l’échographie, la résonance magnétique ou les rayons X. Il existe des agents chimiques de clarification qui peuvent rendre les tissus transparents, tels que l’acrylamide ou le tétra hydrofurane, mais ils sont presque jamais utilisés sur des organismes vivants car ils sont soit hautement toxiques, soit capables de dissoudre des biomolécules essentielles.
Mais maintenant, une équipe de scientifiques de l’Université de Stanford a enfin découvert un agent capable de rendre la peau transparente de manière réversible sans l’endommager. Cet agent est le tartrazine, un colorant alimentaire jaune-orange populaire connu sous le nom de FD&C Yellow 5, notamment utilisé pour colorer les Doritos.
Jouer avec la lumière
Nous ne pouvons pas voir à travers la peau car elle est composée de tissus complexes comprenant des composants aqueux tels que les intérieurs cellulaires et d’autres fluides, ainsi que des protéines et des lipides. L’indice de réfraction est une valeur qui indique à quel point la lumière ralentit (en moyenne) en traversant un matériau par rapport à son passage dans un vide. L’indice de réfraction de ces composants aqueux est faible, tandis que celui des protéines et des lipides est élevé. Par conséquent, la lumière qui traverse la peau se plie constamment en traversant sans cesse la limite entre des matériaux à indices de réfraction élevés et faibles.
Cela disperse la lumière : une fois qu’elle pénètre la peau, elle ne revient jamais. Ce que nous voyons, c’est juste la lumière qui rebondit à la surface de la peau. L’astuce pour rendre les choses transparentes consiste essentiellement à uniformiser leur indice de réfraction, afin que la lumière, ou du moins une partie du spectre, ne se plie pas en permanence et ne soit pas dispersée. C’est exactement là que le colorant à base de Doritos entre en jeu.
« La partie la plus surprenante de cette étude est que nous nous attendons généralement à ce que les molécules de colorant rendent les choses moins transparentes », explique Guosong Hong, professeur adjoint de science des matériaux et d’ingénierie à Stanford et auteur principal de l’étude. « Par exemple, si vous mélangez de l’encre bleue dans de l’eau, plus vous ajoutez d’encre, moins de lumière peut passer à travers l’eau. Cependant, dans notre expérience, lorsque nous dissolvons le tartrazine dans un matériau opaque comme le muscle ou la peau, qui disperse normalement la lumière, plus nous ajoutons de tartrazine, plus le matériau devient clair. Cela va à l’encontre de ce que nous attendons habituellement des colorants. »
Crème de transparence
La équipe de Hong a simplement dissous le colorant dans une solution aqueuse, créant une sorte de lotion induisant la transparence. Cela a fonctionné, car le colorant a réduit la différence d’indice de réfraction entre l’eau et les lipides dans la peau. Ensuite, l’équipe a commencé à masser doucement la solution dans un gel polymère qui imitait les propriétés de dispersion de lumière des tissus. Par la suite, ils sont passés à des poitrines de poulet finement tranchées puis à des souris vivantes.
La « lotion de transparence » a commencé à fonctionner après seulement quelques minutes lorsqu’elle était appliquée sur la peau d’une souris. Massée sur un cuir chevelu rasé, elle a permis aux scientifiques de voir les vaisseaux sanguins cérébraux grâce à l’imagerie par contraste de speckle laser, une technique qui nécessite normalement l’enlèvement du cuir chevelu pour fonctionner. Lorsqu’appliquée sur l’abdomen de la souris, elle a rendu tous les organes internes, y compris le foie, la vessie et l’intestin grêle, visibles à l’œil nu. Tout ce qu’il fallait pour inverser l’effet et rendre la peau à nouveau opaque était de rincer la lotion à l’eau.
Cependant, il y avait quelques problèmes. L’un d’eux était que le tartrazine absorbait la plupart de la lumière à des longueurs d’onde d’environ 257 et 428 nanomètres, ce qui nous permettait de voir des nuances de violet et de bleu. En revanche, il avait une absorption minimale au-dessus de 600 nanomètres, ce qui signifiait que la peau transparente teintait tout en rouge. Le deuxième problème était la profondeur de pénétration. La lotion ne fonctionnait bien que dans les zones où la peau était fine et ne pouvait pas pénétrer suffisamment profondément là où la peau était plus épaisse.
Enfin, sa formulation n’était pas universelle. Elle dépendait de la recherche d’un produit chimique capable de correspondre à l’indice de réfraction des lipides lorsqu’il était dissous dans l’eau, mais la composition exacte de la lotion a été déterminée par essais et erreurs. S’il existe une variation significative d’une souris à l’autre, cela pourrait compliquer la création d’une solution standardisée.
Tattoos et aiguilles
Le problème de la pénétration plus profonde dans les peaux épaisses a été partiellement résolu en rendant l’application un peu plus douloureuse. « L’utilisation de patchs à microneedles ou d’injections sous-cutanées pourrait aider à délivrer les molécules à travers des couches plus épaisses de peau », explique Hong. Concernant le problème de la teinte rouge, il a suggéré de tester différents colorants. « La recherche de mon laboratoire se concentre actuellement sur l’identification de molécules ayant une absorption précise dans la région du proche ultraviolet, minimisant les queues spectrales dans le domaine visible pour garantir la transparence des tissus sans présence d’une teinte rouge », a déclaré Hong.
« Cette étude n’a été réalisée que sur des animaux. Cependant, si la même technique pouvait être appliquée aux humains, elle pourrait offrir divers avantages en biologie, en diagnostics et même en cosmétique », suggère Hong. Les bénéfices sur lesquels il se concentre incluent l’évaluation des tumeurs profondes sans recourir à des biopsies, la réduction du stress lié aux analyses sanguines en facilitant la localisation des veines, et même des choses comme l’amélioration de l’élimination des tatouages au laser en permettant de cibler précisément le pigment sous la peau.
Mais il y a une mauvaise nouvelle. Même si le colorant FD&C Yellow 5 est largement disponible, reproduire les résultats de Hong chez soi et fabriquer la lotion de transparence soi-même n’est pas la meilleure idée. « Nous déconseillons fortement d’essayer cela sur la peau humaine, car la toxicologie des molécules de colorant chez les humains, en particulier lorsqu’elles sont appliquées localement, n’a pas été entièrement évaluée », déclare Hong.
Et, au final, cela pourrait même ne pas fonctionner. « La peau humaine est significativement plus épaisse que la peau de souris, avec la couche cornée, la couche externe de l’épiderme, servant de barrière substantielle qui empêche une délivrance efficace des molécules dans le derme », explique Hong.
Science, 2024. DOI : 10.1126/science.adm6869
En tant que journaliste, je suis fasciné par ces avancées dans le domaine de l’imagerie médicale. Cela pourrait révolutionner notre approche diagnostique et ouvrir de nouvelles voies dans la recherche médicale. En sortant des méthodes d’évaluation traditionnelles, on pourrait réellement transformer la manière dont nous détectons et traitons les maladies. Cela soulève également des questions éthiques importantes sur l’expérimentation sur les résultats obtenus chez les animaux et leur traduction sur les êtres humains. C’est un sujet passionnant, dont je souhaite suivre l’évolution au fil du temps.
