اكتشاف علمي يجعل جلد الفأر شفافا يُشبه قصة ه.ج. ويلز "الرجل الشفاف"

في رواية الخيال العلمي "الرجل الخفي" التي كتبها ه.ج. ويلز عام 1897، يخترع بطل الرواية مصلًا يجعل الخلايا في جسمه شفافة من خلال التحكم في كيفية انحناء الضوء.

وبعد مرور أكثر من 100 عام، اكتشف العلماء نسخة واقعية من هذه المادة: يمكن لملون غذائي شائع الاستخدام أن يجعل جلد الفأر شفافًا بشكل مؤقت، مما يسمح للعلماء برؤية وظائف أعضائه، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت يوم الخميس في مجلة Science.

يمكن لهذا الاكتشاف أن يُحدث ثورة في مجال الأبحاث الطبية الحيوية، وإذا ما تم اختباره بنجاح على البشر، فقد يكون له تطبيقات واسعة النطاق في الطب والرعاية الصحية، مثل جعل الأوردة أكثر وضوحًا لسحب الدم.

جعل الباحثون الجلد الموجود على جماجم وبطون الفئران الحية شفافًا عن طريق وضع مزيج من الماء وملون غذائي أصفر يسمى التارترازين. وأدى غسل أي محلول متبقٍ إلى عكس العملية، وهو ما لم يضر الحيوانات. تمت إزالة فراء الفئران قبل وضع المحلول.

قال المؤلف الأول للدراسة، زيهاو أو، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة تكساس في دالاس، في بيان: "بالنسبة لأولئك الذين يفهمون الفيزياء الأساسية وراء ذلك، يبدو الأمر منطقيًا؛ ولكن إذا لم تكن على دراية به، فإنه يبدو وكأنه خدعة سحرية".

جزيئات الصبغة الممتصة للضوء

يستخدم "السحر" رؤى من مجال البصريات. تعزز جزيئات الصبغة الممتصة للضوء من انتقال الضوء عبر الجلد عن طريق كبح قدرة الأنسجة على تشتيت الضوء.

تقوم الصبغة، عند خلطها بالماء، بتعديل معامل الانكسار - وهو مقياس للطريقة التي تحني بها المادة الضوء - للجزء المائي من النسيج لتتناسب بشكل أفضل مع مؤشر البروتينات والدهون في النسيج. وهذه العملية أشبه بسحابة ضبابية متبددة.

وقال أوو، الذي أجرى الدراسة بصفته باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا: "لقد جمعنا الصبغة الصفراء، وهي جزيء يمتص معظم الضوء، وخاصة الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية، مع الجلد، وهو وسط مشتت للضوء".

"وأضاف: "يحجب هذان الشيئان منفردين معظم الضوء عن المرور عبرهما. ولكن عندما وضعناهما معًا، تمكنا من تحقيق شفافية جلد الفأر."

وبمجرد انتشار الصبغة بالكامل في الجلد، أصبح الجلد شفافاً.

قال أوو: "يستغرق الأمر بضع دقائق حتى تظهر الشفافية، الأمر مشابه للطريقة التي يعمل بها كريم أو قناع الوجه: يعتمد الوقت اللازم على مدى سرعة انتشار الجزيئات في الجلد."

قام الفريق بالتجربة على صدور الدجاج قبل إجراء العمل على الحيوانات الحية.

في الفئران، تمكن الباحثون من مراقبة الأوعية الدموية مباشرة في سطح الدماغ من خلال الجلد الشفاف للجمجمة. كانت الأعضاء الداخلية للفئران مرئية في البطن وكذلك تقلصات العضلات التي تحرك الطعام عبر الجهاز الهضمي.

وقال أوو إن المناطق الشفافة تأخذ لوناً مائلاً للون البرتقالي، مشابهاً للون صبغة الطعام.

الصبغة المستخدمة في المحلول معروفة باسم FD&C Yellow No. 5، وهي معتمدة للاستخدام من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. تُستخدم هذه الصبغة الاصطناعية بشكل متكرر في رقائق الوجبات الخفيفة ذات اللون البرتقالي أو الأصفر، وطلاء الحلوى والآيس كريم والمخبوزات. ومع ذلك، فقد ربطت دراسة أجراها مكتب تقييم مخاطر الصحة البيئية في كاليفورنيا عام 2021 بين الصبغة والصعوبات السلوكية وانخفاض الانتباه بين الأطفال. سيحظر مشروع قانون الولاية، إذا تم توقيعه ليصبح قانونًا، استخدام ملون الطعام في الطعام الذي يقدم في المدارس العامة في كاليفورنيا.

قال أوو إنه من المهم أن تكون الصبغة متوافقة حيويًا - أي آمنة للكائنات الحية. وقال: "بالإضافة إلى ذلك، فهي غير مكلفة وفعالة للغاية؛ فنحن لا نحتاج إلى الكثير منها للعمل".

تطبيقات طبية حيوية ممكنة للبشر

لم يختبر الباحثون هذه العملية على البشر، وليس من الواضح ما هي جرعة الصبغة أو طريقة التوصيل التي ستكون ضرورية. ووفقًا للباحثين، فإن جلد الإنسان أكثر سمكًا بحوالي 10 أضعاف جلد الفأر.

قال المؤلف الرئيسي غوسونغ هونغ، الأستاذ المساعد في علوم المواد في جامعة ستانفورد، عبر البريد الإلكتروني: "بالنظر إلى المستقبل، يمكن لهذه التقنية أن تجعل الأوردة أكثر وضوحاً، مما يسهل إجراء سحب الدم أو إعطاء السوائل عن طريق الإبرة - خاصة للمرضى المسنين الذين يعانون من أوردة يصعب تحديد مكانها".

"وعلاوة على ذلك، يمكن أن يساعد هذا الابتكار في الكشف المبكر عن سرطان الجلد، وتحسين تغلغل الضوء في العلاجات العميقة للأنسجة مثل العلاجات الديناميكية الضوئية والعلاجات الحرارية الضوئية، وجعل إزالة الوشم بالليزر أكثر سهولة."

وقال كريستوفر رولاندز، وهو محاضر أول في قسم الهندسة الحيوية في إمبريال كوليدج لندن، إنه "يلوم نفسه" لعدم توصله إلى نفس الفكرة التي توصل إليها الفريق الذي يقوده ستانفورد، والتي تستند إلى مبدأ فيزيائي مدروس على نطاق واسع وطويل الأمد يسمى علاقات كرامرز-كرونيج: عندما تمتص مادة ما الكثير من الضوء عند أحد الألوان، فإنها ستحني الضوء أكثر عند الألوان الأخرى.

قال رولاندز، الذي لم يشارك في الدراسة لكنه شارك في تأليف تعليق نُشر مع البحث: "إنه أمر واضح بشكل صارخ عندما يشير إليه أحدهم، لكن لم يفكر أحد في ذلك منذ 100 عام تقريبًا".

كتب رولاندز مع جون غوريكي، عالم الفيزياء البصرية التجريبية في نفس المؤسسة والذي لم يشارك أيضًا في الدراسة، أن هذا النهج يقدم طريقة جديدة لتصور بنية ونشاط الأنسجة والأعضاء العميقة في الحيوانات الحية بطريقة آمنة ومؤقتة وغير جراحية.

"إنها تعملعلى الفأر فقط يمكنك فركه على الفأر، ويمكنك أن ترى ما تناوله على الإفطار. إنه بهذه القوة".

قال رولاندز وجوريكي إن الطرق الحالية لتحويل الأنسجة إلى شفافة تستخدم محاليل لها آثار جانبية مثل الجفاف والتورم ويمكن أن تغير بنية الأنسجة. ومع ذلك، فقد استُخدم التارترازين بتركيز منخفض، وكان من السهل التراجع عن آثاره، مما يسهل دراسة العمليات البيولوجية في الحيوانات الحية لفترة طويلة، كما كتبا.

وأشار الثنائي إلى أن هذا الاكتشاف كان مثالاً على محاكاة الحياة للفن، حيث كان محلول الصبغة يحاكي المصل المتخيل في فيلم "الرجل الخفي".

وكتبا: "يخترع بطل الرواية (في القصة) مصلاً يجعل الخلايا في جسمه شفافة من خلال التحكم الدقيق في معامل انكسارها ليتناسب مع معامل انكسار الهواء المحيط بها".

"بعد مرور مائة وسبعة وعشرين عامًا، تجعل الأصباغ المتوافقة حيويًا الأنسجة الحية شفافة عن طريق ضبط معامل انكسار الوسط المحيط بها ليتناسب مع معامل انكسار الخلايا."

ومع ذلك، قال أوو وهونغ إن الفأر غير المرئي تمامًا كان أمرًا بعيد المنال: لا يمكن للنهج الحالي أن يجعل العظام شفافة.

"حتى الآن، قمنا باختبار الأنسجة الرخوة فقط، بما في ذلك الدماغ والعضلات والجلد. لم نقم بالكثير من التحقيقات مع الأنسجة الصلبة مثل العظام، لذلك لست متأكدًا مما إذا كنا قادرين على جعل الفأر غير مرئي تمامًا".

"ومع ذلك، فإن الفأر الشفاف جزئياً سيتيح بالفعل العديد من الفرص البحثية للإجابة على الأسئلة المتعلقة بالتطور والتجدد وكذلك الشيخوخة."