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Observar lo que ocurre dentro de un cuerpo siempre ha sido un reto. Aunque tecnologías como la tomografía computarizada, los rayos X, la resonancia magnética y la microscopía ofrecen información valiosa, las imágenes obtenidas no suelen ser completamente nítidas y, en algunos casos, pueden conllevar efectos secundarios, como la exposición a la radiación.

En este contexto, una nueva investigación publicada en la revista Science describe como utilizando un tinteaprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés), comúnmente presente en alimentos, junto con otras moléculas que absorben luz y producen efectos similares han logrado ver a través de la piel de un ratón hasta los órganos internos, sin necesidad de realizar ningún tipo de incisión.

La hipótesis principal planteada señalaba que las moléculas con una alta capacidad de absorción podrían conseguir transparencia óptica en tejidos biológicos vivos.

Los investigadores utilizaron el modelo del oscilador de Lorentz para analizar las propiedades dieléctricas de los componentes tisulares y las moléculas absorbentes, tras lo cual pudieron dilucidar que los colorantes con resonancias de absorción agudas en el rango cercano al ultravioleta (300 a 400 nm) y la región azul del espectro visible (400 a 500 nm) son efectivos para aumentar la parte real del índice de refracción del medio acuoso en longitudes de onda más largas cuando se disuelven en agua.

En consecuencia, los colorantes solubles en aguapueden reducir eficazmente el contraste en el infrarrojo entre el agua y los lípidos, facilitando así la transparencia óptica de los tejidos biológicos vivos.

Índices de refracción

Cuando la luz incide sobre la piel el tejido dispersa las ondas de luz haciendo que la piel se vea opaca en lugar de transparente. Esta dispersión se debe a las diferencias en los índices de refracción entre los componentes del tejido, como el agua y los lípidos. En el espectro visible, el agua tiene un índice de refracción mucho menor que el de los lípidos, lo que provoca que la luz visible se disperse al atravesar el tejido que contiene ambos.

Por tanto, para igualar estos índices de refracción el equipo de investigadores aplicó una solución de tartrazina roja, también conocida como colorante alimentario FD&C Yellow 5, sobre el abdomen, el cuero cabelludo y las patas traseras de un ratón sedado. La piel del ratón se tiñó de rojo, indicando que gran parte de la luz azul fue absorbida por el colorante.

Esta absorción modificó el índice de refracción del agua en una longitud de onda diferente, en este caso, la longitud de onda roja. Al coincidir el índice de refracción del agua con el de los lípidos en el espectro rojo, la dispersión de la luz se redujo, haciendo que la piel se volviese más transparente en esa longitud de onda.

Impacto en la medicina

Los investigadores lograron observar, sin necesidad de ningún equipo especializado, los órganos internos en funcionamiento, incluyendo el hígado, el intestino delgado y la vejiga. También visualizaron el flujo sanguíneo en el cerebro y las estructuras finas de las fibras musculares en las extremidades. La transparencia en los animales vivos fue confirmada por la visualización del corazón palpitando y el sistema respiratorio activo del ratón.

Además, el tinte no alteró permanentemente la piel del sujeto, y la transparencia desapareció tan pronto como se enjuagó con agua. “Tan pronto como enjuagamos y masajeamos la piel de los animales con agua el efecto se revirtió en cuestión de minutos”, explicó Guosong Hong, profesor adjunto de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Stanford y autor principal del artículo.

“Hasta el momento, el estudio sólo se ha realizado en un animal, pero si la misma técnica pudiera trasladarse a los seres humanos, podría proporcionar una serie de beneficios biológicos, de diagnóstico e incluso cosméticos”, afirmó Hong.

El impacto que esta investigación puede tener en la medicinaes bastante significativo ya que, por ejemplo, en lugar de realizar biopsias invasivas el diagnóstico del melanoma podría llevarse a cabo observando directamente el tejido de una persona sin necesidad de extirparlo.

Este método también podría sustituir algunas radiografías y tomografías computarizadas, y hacer que las extracciones de sangre sean menos dolorosas al facilitar la localización de las venas para los profesionales. Además, podría optimizar servicios como la eliminación de tatuajes con láser, permitiendo enfocar los rayos láser con mayor precisión en el pigmento debajo de la piel.

“Esto podría tener un impacto en la atención médica y evitar que las personas se sometan a pruebas invasivas”, destacó Hong. “Si pudiéramos observar lo que sucede debajo de la piel en lugar de cortarla o usar radiación para obtener una imagen poco clara, podríamos cambiar la forma en que vemos el cuerpo humano”, concluyó el investigador.

Lea el artículo a texto completo en:

Zihao Ou et al. Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules. Science 385, eadm6869(2024).

Investigadores del Karolinska Institutet (Suecia) han descrito en un estudio publicado en Science los procesos neuronales que subyacen a la forma en que la morfina alivia el dolor, ya que hasta ahora no se conocían bien los procesos neuronales que se esconden tras el alivio del dolor.

La morfina es un potente analgésico que pertenece al grupo de los opiáceos y que bloquea las señales en las vías del dolor y también aumenta la sensación de placer. La morfina actúa sobre varias vías centrales y periféricas del dolor en el organismo.

Los investigadores han estudiado ahora cómo alivia el dolor la morfina utilizando varios métodos experimentales nuevos. Así, han expuesto animales de laboratorio a la morfina y luego han conseguido “capturar” las neuronas que la morfina activaba en los animales. Esto permitió identificar, clasificar y controlar sintéticamente las neuronas de las vías neuronales implicadas en el alivio del dolor.

De este modo, descubrieron que la morfina afecta a un conjunto seleccionado de neuronas del cerebro en la parte denominada médula ventromedial rostral (MVR). Juntas, estas neuronas forman una especie de «conjunto morfina». Se trata de un grupo de neuronas cuyo cambio de actividad conduce al alivio del dolor.

Cuando los investigadores inactivaron sintéticamente las neuronas de este grupo, abolieron por completo los efectos de la morfina sobre el dolor. Cuando reactivaron las neuronas, fueron capaces de recrear de forma similar el alivio del dolor.

Se descubrió que un tipo concreto de neuronas que se conectan a la médula espinal desempeña un papel central en el «conjunto de la morfina». En la médula espinal, estas neuronas conectan con las llamadas neuronas inhibidoras que ralentizan la señalización del dolor en la médula espinal y, por tanto, evitan el dolor.

Cuando se utiliza como medicamento en la atención sanitaria, la morfina tiene efectos secundarios potencialmente muy graves en términos de adicción, abuso, sobredosis y muerte.

«Ha sido difícil encontrar estrategias para tratar el dolor sin desencadenar estos peligrosos efectos secundarios», afirma Patrik Ernfors, profesor del Departamento de Bioquímica Médica y Biofísica del Karolinska Institutet y responsable del estudio. Él y sus colegas esperan ahora que un conocimiento más profundo de cómo funciona la morfina en el organismo pueda ayudar a reducir los efectos secundarios en el futuro.

«El estudio es importante porque el conocimiento de la vía neural y las células puede explicar cómo la morfina puede tener un efecto analgésico tan potente. También puede aportar información sobre cómo estos procesos difieren de los que inducen la sensación de euforia, bienestar y adicción», afirma Patrik Ernfors.

En el siguiente paso,los investigadores quieren ir más allá e investigar las razones por las que el alivio del dolor disminuye cada vez más con el uso prolongado de morfina.

Lea el artículo a texto completo en:

Michael P. Fatt et al. Morphine-responsive neurons that regulate mechanical antinociception. Science 385,eado6593(2024).