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Was ist der Unterschied zwischen Menschen und Quallen? Das Intuitivste ist, dass unser Körper undurchsichtig ist.

Doch jetzt zeigt eine bahnbrechende Studie, dass es bei Säugetieren tatsächlich möglich ist, transparente Haut zu haben. Selbst wenn Sie einfach eine Mischung aus Wasser und einem herkömmlichen Lebensmittelfarbstoff, FD&C Yellow #5, auf Ihren Körper auftragen und ein paar Minuten warten, können Sie die sich kreuzenden Blutgefäße, das schlagende Herz und die sich ständig bewegenden Eingeweide im Körper sehen. Nach dem Abwaschen der Farbe kann die Haut, die wie ein „Oberlicht“ geöffnet ist, wieder ihren normalen Zustand annehmen.

Es mag ein wenig verrückt klingen, aber diese fast magische Entdeckung wurde in der jüngsten Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht.

Machen Sie die Haut "transparent"

Die Haut ist wirklich eine Barriere

Bevor wir versuchen, die „Magie“ zu erklären, müssen wir wahrscheinlich verstehen, warum die Körper von Säugetieren nicht so durchsichtig sein können wie die von Quallen.

Die Grundursache für die Opazität des Körpers liegt im Wesentlichen darin, dass das Hautgewebe ein Streumedium ist. Wenn Licht von außen darauf scheint, besteht seine erste Reaktion darin, das Licht zu blockieren, abzufangen und nach außen zu reflektieren, anstatt es ungehindert durchzulassen.

Selbst wenn ein Teil des Lichts dieser Katastrophe glücklicherweise entkommen kann, ist die Zusammensetzung des menschlichen Gewebes so komplex – es besteht aus verschiedenen Substanzen wie Wasser, Fett, Eiweiß usw. –, dass es für das Licht schwierig ist, in einer so komplexen Situation „seinen Vorteil zu nutzen“ – die unterschiedlichen Brechungsindizes dieser Komponenten verlangsamen die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in ihnen auf unterschiedliche Weise. Beispielsweise hat Wasser für sichtbares Licht einen Brechungsindex von etwa 1,33, während Fette und Proteine ​​höhere Brechungsindizes haben. In den meisten Geweben des menschlichen Körpers sind diese Komponenten so eng miteinander verflochten, dass sichtbares Licht beim Durchgang zwangsläufig gestreut wird. Die letztendliche Auswirkung dieses Effekts besteht darin, dass er unseren Augen signalisiert, dass die Haut ein undurchsichtiges, farbiges biologisches Material ist.

Gleichzeitig brachte dies die Forscher aber auch auf eine Idee: Könnte man den Brechungsindex von Zellen präzise steuern, sodass er perfekt mit dem des umgebenden Mediums übereinstimmt und so die Lichtstreuung an der Grenze zwischen beiden vermieden würde, wäre es dann nicht möglich, die Haut transparent zu machen?

Theoretisch ist das völlig richtig. Es ist jedoch äußerst schwierig, einen Weg zu finden, den Unterschied im Brechungsindex zwischen verschiedenen Komponenten zu verringern. Womit das Forscherteam der Stanford University in den USA nicht gerechnet hatte, war, dass das Material, das sie sich schließlich vorgestellt hatten, direkt vor ihren Augen lag.

Begabtes Zitronengelb

Wie nah? Sagen wir es so: Tartrazin ist einer der neun von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassenen Lebensmittelfarbstoffe und wird häufig Nahrungsmitteln und Getränken wie Hühneressenz, aufgeblasenen Nahrungsmitteln, Limonaden und Mixgetränken zugesetzt. Es ist nicht schwer, es nicht nur auf dem Esstisch zu finden, sondern auch in Lippenstift, Zahnpasta, Shampoo, Waschmittel und anderen Kosmetika und Alltagsgegenständen auf dem Frisiertisch und Waschbecken.

Der Erstautor der Studie hält ein Röhrchen mit Tartrazinlösung

Wie also verändert dieses Pigment, das allgegenwärtig und um Sie und mich herum verborgen ist, „unser Schicksal“?

Zunächst müssen wir ein wichtiges optisches Konzept einführen, nämlich die Kramers-Kronig-Beziehung. Es zeigt, dass die Farben des Lichts nicht unabhängig voneinander sind, sondern miteinander verbunden sind: Wenn ein Material mehr von einer Lichtfarbe absorbiert, dann verändert diese Absorption die Art und Weise, wie eine andere Lichtfarbe es durchdringt. Zitronengelb absorbiert den größten Teil des sichtbaren Lichts, insbesondere blaues und ultraviolettes Licht.

Gemäß der Kramers-Kronig-Beziehung verändert die Absorption von blauem und ultraviolettem Licht die Art und Weise, wie anderes sichtbares Licht, beispielsweise rotes Licht, hindurchdringt. Im Experiment manifestiert sich dies durch die Erhöhung des Brechungsindex von Wasser für rotes Licht von 1,33 auf etwa 1,45, was Fett und Eiweiß entspricht. An diesem Punkt wird das rote Licht nicht mehr wie zuvor gestreut, sondern breitet sich gleichmäßig aus, und die Art und Weise, wie es sich in Wasser ausbreitet, ist die gleiche wie in Fett. Dadurch erscheint das gesamte Gewebe als ein einziges, homogenes Material, das optisch transparent wird.

Schematische Darstellung des Prinzips der optischen Transparenz durch Anpassung des Brechungsindex

Derzeit wurden die entsprechenden Theorien durch In-vivo-Experimente verifiziert. Die Forscher trugen eine zitronengelbhaltige Lösung auf verschiedene Körperteile der Mäuse auf. Als sie es auf die Kopfhaut der Mäuse auftrugen, konnten sie die Blutgefäße im Gehirn der Mäuse sehen; als sie es auf den Bauch der Mäuse auftrugen, konnten sie die Eingeweide der Mäuse sehen; und als sie es auf die Gliedmaßen der Mäuse auftrugen, sahen sie die Muskelfasern in den Gliedmaßen. Noch wichtiger ist, dass die Haut transparent wird, sobald der Farbstoff vollständig in die Haut eingedrungen ist. Der gesamte Vorgang ist nicht-invasiv und reversibel. Dabei ist nicht nur keine Gewebeentfernung oder Operation erforderlich, sondern sobald der restliche Farbstoff mit Wasser abgewaschen oder der in die Haut diffundierte Farbstoff verstoffwechselt und über den Urin ausgeschieden wird, kann die Haut auch ihre normale Deckkraft wiedererlangen – genau wie beim Vorhang eines Zauberers, mit einem Anfang und einem Ende.

Wohin soll die „transparente Technologie“ gehen?

„Den Körper transparent machen“ klingt, als hätte es keinen anderen Nutzen als Neugier und hat sogar einen Hauch von Seltsamkeit und „Abnormalität“, wenn man genau darüber nachdenkt. Wenn Sie jedoch einige besondere Lebensszenen schaffen, ist es nicht schwer, sich eine glänzende Zukunft vorzustellen. Beispiele hierfür sind der Operationstisch, der Bereich zur Blutentnahme und die Momente, in denen teure Instrumente erforderlich sind, um einen Blick auf die Läsion zu werfen. Wenn die Technologie der transparenten Haut gefördert wird, werden wir an diesen Orten in Zukunft möglicherweise weniger Schreie hören.

Doch es besteht kein Zweifel, dass die Zukunft noch weit entfernt ist und die Jahre noch lang sind. Die Forscher sagen, dass sie noch nicht vorhersagen können, wie es auf der menschlichen Haut wirken würde. Da die menschliche Haut zehnmal dicker ist als die Haut von Mäusen, ist noch immer nicht bekannt, welche Dosis und Verabreichungsmethode erforderlich ist, um in die menschliche Haut einzudringen. Darüber hinaus kann Tartrazin, obwohl es sich um einen zugelassenen Lebensmittelfarbstoff handelt, dennoch gewisse Gesundheitsrisiken bergen, beispielsweise das Auslösen allergischer Reaktionen.

Auch in diesem Zusammenhang brachten die Forscher ihre Bemühungen und Entschlossenheit zum Ausdruck. Sie arbeiten nun daran, diese neue Technologie so zu verfeinern, dass sie auf menschliches Gewebe angewendet werden kann. Im nächsten Schritt wollen sie sich darauf konzentrieren, herauszufinden, welche Dosis an Farbstoffmolekülen im menschlichen Gewebe am wirksamsten ist, und testen, ob es andere Moleküle gibt, die wirksamer als Tartrazin wirken. Sie hoffen, dass dies eines Tages zu neuen Technologien führen wird, die dazu beitragen, bestehende Forschungsmethoden im Bereich der medizinischen Bildgebung zu verbessern.