Les scientifiques ont découvert comment « voir » à travers les souris

Par Timothy Hearn pour The Conversation

Cambridge : Imaginez pouvoir voir à travers votre peau pour observer vos muscles ou vos organes en action. Cela ressemble à de la science-fiction, mais un groupe de scientifiques de l’Université de Stanford a récemment réussi à rendre transparente la peau de souris vivantes – du moins dans certaines conditions d’éclairage.

Cette avancée a incontestablement ouvert de nouvelles possibilités en matière de recherche biologique et d’imagerie médicale. Alors, comment ont-ils fait, et cela pourrait-il un jour conduire les humains à devenir invisibles ? Lorsque nous regardons des objets, la lumière se reflète sur eux, permettant à nos yeux de voir les formes et les couleurs. Cependant, les tissus vivants tels que la peau se comportent différemment car ils sont constitués d’éléments tels que de l’eau, des protéines et des lipides (graisses), qui courbent tous la lumière sous des angles différents. Cela signifie que la lumière est diffusée par la peau, ce qui limite la profondeur de vision du corps sans chirurgie invasive.

Pour tenter de contourner ce problème, les scientifiques ont développé au fil des années des techniques d’imagerie plus sophistiquées, telles que la microscopie à deux photons et la fluorescence proche infrarouge. Mais ils nécessitent souvent des produits chimiques nocifs ou n’agissent que sur les tissus morts. L’objectif a plutôt été de trouver un moyen d’atteindre la transparence dans les organismes vivants de manière sûre et réversible.

Dans l’étude de Stanford, les chercheurs se sont tournés vers un outil surprenant : le colorant alimentaire. La tartrazine (également connue sous le nom de E102), un colorant alimentaire jaune courant dans les chips et les boissons gazeuses, possède une propriété unique. Lorsqu’il est dissous dans l’eau et appliqué sur les tissus cutanés, il modifie la façon dont la lumière interagit avec la matière biologique.

La clé réside dans la physique de l’absorption et de la réfraction de la lumière, en particulier dans ce qu’on appelle les « relations de Kramers-Kronig », qui décrivent comment les matériaux interagissent avec la lumière sur différentes longueurs d’onde. La tartrazine est utilisée en microscopie depuis des années pour colorer certaines parties de l’anatomie afin de les rendre plus visibles, mais elle n’a jamais été utilisée sur l’ensemble des tissus des animaux vivants.

En ajoutant de la tartrazine à l’eau et en l’appliquant sur les tissus de souris vivantes anesthésiées, les chercheurs ont pu modifier l’indice de réfraction de l’eau dans les tissus, c’est-à-dire la mesure dans laquelle elle courbe la lumière. Cela a rapproché son indice de réfraction de celui des lipides, ce qui a permis à la lumière de traverser plus facilement la peau des souris, les rendant transparentes.

Étonnamment, les chercheurs ont pu observer avec des détails sans précédent des structures profondes à l’intérieur des souris, telles que des vaisseaux sanguins et même des fibres musculaires. Dans un exemple, ils ont pu observer les mouvements des intestins en temps réel à travers l’abdomen transparent. Ce niveau de visibilité a été atteint sans aucun effet nocif apparent pour les souris, notamment la possibilité de ramener leur peau à son état normal et opaque une fois le colorant lavé.

Cette découverte pourrait être révolutionnaire. Imaginez pouvoir surveiller le fonctionnement d’un organe sans procédures invasives, ou voir précisément où une veine doit prélever le sang. Cela pourrait également ouvrir la voie à des avancées majeures dans la compréhension de la manière dont les maladies affectent le corps à un niveau microscopique.

Prochaine étape, l’invisibilité ? Aussi fascinant que cela puisse paraître, rendre les humains totalement invisibles reste peu probable pour plusieurs raisons.

Premièrement, la transparence obtenue dans l’étude de Stanford n’est clairement pas une invisibilité totale. Et bien que la tartrazine permette à la lumière de traverser les tissus, elle fonctionne mieux avec des longueurs d’onde spécifiques de la lumière, principalement dans les régions rouge et infrarouge du spectre. Cela signifie que dans des conditions d’éclairage normales, les souris ne sont pas vraiment invisibles à l’œil nu. Au lieu de cela, ils sont transparents sous un équipement d’imagerie spécifique conçu pour capturer ce phénomène.

Deuxièmement, cette transparence n’affecte que les tissus sur lesquels le colorant a été appliqué, et même dans ce cas, elle est limitée par la profondeur de pénétration du colorant. Le corps humain est nettement plus complexe et sa peau beaucoup plus épaisse que celle des souris. Rendre un être humain entier transparent nécessiterait un niveau d’application et de technologie différent.

D’une part, la lumière se comporte différemment lorsqu’elle traverse de plus grands volumes de tissus. De plus, même si nous pouvions étendre la technologie, parvenir à une transparence sur tout le corps impliquerait des défis importants, comme celui de garantir que le colorant atteigne uniformément toutes les parties du corps sans causer de dommages. La tartrazine peut être consommée en toute sécurité dans les limites quotidiennes, mais peut provoquer des effets secondaires, des réactions allergiques et, à fortes doses, il existe des données contradictoires concernant ses effets toxiques sur les cellules ou potentiellement provoquant des mutations génétiques.

De plus, l’effet de transparence agit en modifiant la manière dont la lumière interagit avec les tissus biologiques, mais il ne résout pas le problème de l’absorption de la lumière par d’autres composants du corps, tels que les os, qui sont plus denses et nécessiteraient probablement différentes méthodes pour devenir transparents. .

Alors, l’invisibilité humaine est-elle possible ? Pas comme on le voit dans les films. Mais nous pourrions assister à l’avenir à d’autres développements qui repousseront les limites de ce qui est possible en matière de transparence dans les organismes vivants.

Timothy Hearn est maître de conférences en bioinformatique, Anglia Ruskin University