Trong cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng "Người vô hình" được nhà văn người Anh H.G. Wells viết năm 1897, nhân vật chính của nó là một nhà khoa học đã phát minh ra một loại huyết thanh làm cho các tế bào trong cơ thể trở nên trong suốt.
Hơn 100 năm sau, các nhà khoa học đã phát hiện ra một phiên bản thực tế của chất này: Một loại thuốc bôi có thể làm cho da chuột trở nên trong suốt tạm thời, cho phép họ quan sát trực tiếp các cơ quan nội tạng bên dưới nó hoạt động trong thời gian thực.
Mặc dù hiện nó mới chỉ được thử nghiệm trên chuột, nếu thành công này có thể được dịch sang cho con người, nó sẽ mang lại rất nhiều ứng dụng hữu ích trong lĩnh vực nghiên cứu y sinh và cả y học thực hành.
Chẳng hạn như, việc biến một phần da cổ tay của bạn trở nên trong suốt sẽ giúp các bác sĩ lấy ven chính xác hơn trong quá trình tiêm thuốc hoặc lấy máu xét nghiệm. Và đó mới chỉ là những gì khởi đầu cho một kỷ nguyên y sinh mới.
Minh họa cho thấy cách loại phẩm màu này biến da chuột trở thành trong suốt.
Dùng các phân tử phẩm màu để điều khiển hướng đi của ánh sáng
Trong nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Science, một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Texas cho biết họ đã tìm ra cách cải tiến một loại phẩm màu thực phẩm thông dụng thành một loại thuốc bôi có thể biến vùng da ở đầu và bụng của chuột sống trở nên trong suốt.
Việc rửa sạch dung dịch còn sót lại sẽ đảo ngược quá trình này, trả lại làn da thật mà không gây hại cho động vật thí nghiệm.
"Đối với những ai hiểu được nguyên lý vật lý cơ bản đằng sau hiện tượng này, điều đó hoàn toàn có lý. Nếu không, người ta sẽ coi nó giống như một trò ảo thuật", Zihao Ou, tác giả chính của nghiên cứu, phó giáo sư vật lý tại Đại học Texas ở Dallas, cho biết trong một tuyên bố.
"Phép thuật" này trên thực tế sử dụng các kiến thức đã có trong lĩnh vực quang học. Các phân tử phẩm màu hấp thụ ánh sáng mạnh, khiến ánh sáng chiếu lên da giảm sự tán xạ. Và khi hiện tượng tán xạ bị giảm xuống, ánh sáng sẽ truyền xuyên qua da dễ dàng hơn.
Phẩm màu khi được pha trộn với nước sẽ thay đổi chỉ số khúc xạ. Trong khi đó, khúc xạ chính là thước đo về cách một chất bẻ cong ánh sáng. Khi chỉ số khúc xạ của phần nước trong mô da bị biến đổi để phù hợp hơn với chỉ số khúc xạ của protein và chất béo trong mô, nó sẽ có khả năng bẻ cong ánh sáng đồng đều như những gì mà H.G. Wells mô tả trong tiểu thuyết của ông ấy năm 1897, "Người vô hình".
Các phân tử phẩm màu điều khiển hướng đi của ánh sáng và biến làn da trở nên trong suốt
"Chúng tôi kết hợp phẩm màu vàng, một phân tử hấp thụ hầu hết ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng xanh và tia cực tím, với da là một môi trường tán xạ", phó giáo sư Zihao Ou, cho biết. "Nếu chỉ để riêng lẻ, hai thứ này sẽ chặn hầu hết ánh sáng không cho ánh sáng thể xuyên qua da. Nhưng khi kết hợp chúng lại với nhau lại, chúng tôi có thể biến da chuột trở nên trong suốt".
Khi phẩm màu đã khuếch tán hoàn toàn vào da, da trở nên trong suốt. Mọi thứ giống như một làn sương mù dần dần tan ra trong ánh nắng.
"Sẽ mất vài phút để da chuột trong suốt hoàn toàn", phó giáo sư Zihao Ou nói. "Nó tương tự như cách kem dưỡng da mặt hoặc mặt nạ dưỡng da hoạt động: Thời gian cần thiết phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của các phân tử vào da".
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm loại kem bôi của họ với ức gà trước khi tiến hành thử nghiệm trên chuột sống. Khi làn da của chúng trở nên trong suốt, phó giáo sư Zihao Ou cho biết ông có thể nhìn xuyên vào bên trong cơ thể chuột.
Chẳng hạn, một lớp mạch máu trên bề mặt hộp sọ đã hiện ra. Các cơ quan nội tạng của chuột cũng có thể được nhìn thấy qua thành bụng. Nhóm nghiên cứu thậm chí nhìn thấy những cơn co thắt cơ khi thức ăn di chuyển qua hệ tiêu hóa của chúng.
Một con chuột trong thí nghiệm sau khi được áp dụng loại thuốc bôi đặc biệt.
Trong trường hợp bạn tò mò, loại phẩm màu thực phẩm mà phó giáo sư Zihao Ou sử dụng trong nghiên cứu là tartrazine, thường được biết đến với tên gọi FD&C Yellow No. 5, được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chứng nhận sử dụng.
Loại phẩm màu tổng hợp này thường được sử dụng để làm khoai tây chiên, kẹo, kem và bánh ngọt có màu vàng hoặc cam. "Đây là một loại phẩm màu rất rẻ và hiệu quả, chúng tôi chỉ cần áp dụng một lượng nhỏ để loại thuốc bôi của mình hoạt động", phó giáo sư Zihao Ou nói.
Nhưng ông nhấn mạnh điều quan trọng là phẩm màu phải tương thích sinh học — an toàn cho các sinh vật sống. Hiện nghiên cứu chưa thể thử nghiệm trên người, và việc chọn tartrazine đang vướng phải một số bất lợi.
Một nghiên cứu năm 2021 của Văn phòng Đánh giá Mối nguy hại Sức khỏe Môi trường California từng liên kết phẩm màu này với các vấn đề hành vi và giảm khả năng tập trung ở trẻ em. Một dự luật của tiểu bang California, nếu được ký thành luật, sẽ cấm sử dụng phẩm màu này trong các món ăn được phục vụ tại các trường công lập ở Mỹ.
Ứng dụng tiềm năng trên người
Một trong số những khó khăn nữa để áp dụng được loại thuốc bôi trong suốt này lên da người, đó là việc da người dày hơn da chuột tới 10 lần. Các nhà khoa học chưa rõ họ cần bao nhiêu phẩm màu và phương pháp bôi hoặc tiêm nó vào da người phải được thực hiện như thế nào thì mới đạt được độ trong suốt.
Vì vậy, việc bạn mở tủ bếp ra, lấy tartraizine, pha với nước rồi bôi lên da hiện sẽ không có tác dụng đáng kể. Tuy nhiên, việc loại phẩm màu này có thể biến da chuột trở nên trong suốt rõ ràng đã mở ra một tiềm năng mới trong lĩnh vực nghiên cứu y sinh. Nó cho phép chúng ta hi vọng sẽ "trổ được cánh cửa sổ" để nhìn vào bên trong cơ thể mình.
Phẩm màu tartraizine chính là thứ được dùng để làm khoai tây chiên và bắp rang bơ lên màu.
"Trong tương lai, công nghệ này có thể giúp tĩnh mạch dễ thấy hơn, giúp quy trình lấy máu hoặc tiêm truyền dịch qua kim trở nên dễ dàng hơn - đặc biệt đối với bệnh nhân cao tuổi có tĩnh mạch khó tìm", Guosong Hong, đồng tác giả nghiên cứu, đồng thời là phó giáo sư khoa học vật liệu tại Đại học Stanford cho biết.
"Hơn nữa, loại kem bôi này cũng có thể hỗ trợ phát hiện sớm ung thư da, cải thiện khả năng xuyên sáng đối với các liệu pháp điều trị mô sâu như liệu pháp quang động và liệu pháp nhiệt quang, cũng như giúp loại bỏ hình xăm bằng laser dễ dàng hơn".
Bình luận về nghiên cứu mới, Christopher Rowlands, một giảng viên cao cấp tại khoa kỹ thuật sinh học của Đại học Imperial College London, nói rằng ông cảm thấy tiếc nuối vì không nghĩ ra cùng một ý tưởng như nhóm nghiên cứu ở Stanford.
Rowlands cho biết sự hoạt động của phẩm màu trên da dựa trên một nguyên lý vật lý đã được nghiên cứu rộng rãi và lâu đời gọi là mối quan hệ Kramers-Kronig: Khi một vật liệu hấp thụ nhiều ánh sáng ở một màu, nó sẽ bẻ cong ánh sáng nhiều hơn ở các màu khác.
"Khi ai đó thực sự làm được điều đó, mọi người mới ồ à ra thế, nhưng chẳng ai nghĩ đến rằng mình sẽ làm điều đó trong hơn 100 năm qua", phó giáo sư Rowlands nói.
Cùng với Jon Gorecki, một nhà vật lý quang học thực nghiệm tại Đại học Imperial College London, Rowlands đã viết một bài bình luận nhấn mạnh phương pháp này sẽ giúp các nhà khoa học nhìn thấy cấu trúc và hoạt động của các mô và cơ quan sâu trong cơ thể động vật sống một cách an toàn, tạm thời và không xâm lấn.
"Nó hoạt động rất hiệu quả. Bạn bôi nó lên chuột, và bạn có thể thấy nó đã ăn gì vào bữa sáng. Nó là một công cụ nghiên cứu vô cùng mạnh", họ viết trong bài bình luận.
Phương pháp này sẽ giúp các nhà khoa học nhìn thấy cấu trúc và hoạt động của các mô và cơ quan sâu trong cơ thể động vật sống một cách an toàn, tạm thời và không xâm lấn.
Rowlands và Gorecki cho biết các phương pháp hiện tại để làm mô trong suốt sử dụng các dung dịch có tác dụng phụ. Nó sẽ khiến da trở nên khô, mất nước và sưng tấy. Đồng thời, các dung dịch này cũng phá hủy và làm thay đổi cấu trúc của mô.
Ngược lại, phẩm màu tartrazine khi được sử dụng ở nồng độ thấp cho phép nó dễ dàng đảo ngược hiệu ứng, trả lại làn da nguyên vẹn cho động vật sống và không làm ảnh hưởng tới bất kỳ quá trình sinh học nào của chúng.
Bộ đôi nhà khoa học nhấn mạnh phát hiện này là một ví dụ sinh động cho những gì có thể được đem ra đời thực từ tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, so sánh loại thuốc bôi này với huyết thanh trong tiểu thuyết "Người vô hình" năm 1897 của H.G. Wells.
"Nhân vật chính (trong truyện) phát minh ra một loại huyết thanh khiến các tế bào trong cơ thể trở nên trong suốt bằng cách kiểm soát chính xác chỉ số khúc xạ của chúng để phù hợp với môi trường xung quanh và không khí", họ viết.
"127 năm sau [người ta đã thực sự tìm ra được] loại phẩm màu tương thích sinh học, làm cho các mô sống trong suốt bằng cách điều chỉnh chỉ số khúc xạ của môi trường xung quanh, phù hợp với các tế bào".
Loại thuốc bôi này được so sánh với huyết thanh trong tiểu thuyết "Người vô hình" năm 1897 của H.G. Wells.
Nó cũng có thể giống như lọ mực vô hình trong Tom và Jerry.
Tuy nhiên, khi trả lời bình luận về việc liệu họ có thể tạo ra được một con chuột tàng hình hay chưa, phó giáo sư Zihao Ou và Guosong Hong cho biết việc làm cho chuột trở nên hoàn toàn vô hình là điều khó có thể xảy ra: Phương pháp hiện tại không thể làm cho xương của chuột trở nên trong suốt.
"Cho đến nay, chúng tôi chỉ thử nghiệm trên các mô mềm, bao gồm não, cơ và da. Chúng tôi chưa thực hiện nhiều nghiên cứu với các mô cứng như xương, vì vậy tôi không chắc liệu chúng tôi có thể làm cho chuột hoàn toàn vô hình hay không", phó giáo sư Zihao Ou nói.
"Mặc dù vậy, một con chuột bán trong suốt vẫn sẽ mở ra vô số cơ hội nghiên cứu để trả lời các câu hỏi liên quan đến quá trình phát triển, lão hóa và tái sinh mô".
Nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Science.
