涂上一种神奇的染料，皮肤就可以直接变透明？
近日，在学术界刮起了一股「复刻」风，全球各实验室纷纷连夜抓起笼子里的小鼠、涂上黄色染料，凌晨一边在实验室里等待结果，一边上网看其他人做出来了没......
图源：丁香园小红书
这一切都源自于近日 Science 刊发的斯坦福大学团队的一篇论文，该团队给小鼠腹部涂上实验室常见的柠檬黄试剂后，成功让小鼠的皮肤「透明化」，皮肤之下的血管和组织清晰可见。
相关研究发表一个月后，就被评为近十年来 Science 影响力 top5、下载超过 8 万次。
图源：Science
美国国家科学基金会项目委员会委员 Adam Wax 表示：「每个光学专业的学生都知道的公式，但只有这个团队用这个方程去思考强吸收染料如何使皮肤组织透明。这是利用基础光学知识来创造新技术的一次生动实践。」
丁香园特别邀请到 斯坦福大学材料科学与工程系、吴蔡神经科学研究所 洪国松团队，分享本次全球首创技术的研究思路和临床意义，同时也解答部分关于实验的疑惑。
从被 Nature 拒稿，到成为 Science 热门
在成为 Science 的「顶流」之前，洪国松团队其实首先将研究论文投向了 Nature，却被「拒之门外」。
一开始，洪国松团队的研究方向可以说是跟「组织透明化」完全不沾边——微波以及无线电波如何与生物组织相互作用。
对于这些波段而言，生物组织是非常不透明的，因为生物组织在这些波段吸收非常强（主要来自于水分子的吸收）。但当团队在测量这些组织在低频下的介电常数时，意外发现这些组织的介电常数的实部受到其在相对高频下的吸收常数的影响。
进一步的实验中，研究团队发现：诸如柠檬黄等看起来是红色的染料在溶于水后，会改变生物组织在长波长下的折射率，进而实现水和脂质折射率的匹配，达成组织透明化。
团队最初期的工作确实如 Nature 编辑所说，「并不是一种新方法」：用高折射率物质对水的折射率进行调节，从 1990 年代开始就有相关研究。
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研究团队：1990 年代就有俄罗斯科学家 Tuchin 用甘油提高水的折射率。更近一点来讲，MIT 的 Boyden 课题组以及九州大学的 Imai 课题组分别用右旋糖酐和牛血清白蛋白实现了活体脑组织的部分透明化。
无论甘油也好，蔗糖也好，或者是聚乙二醇，右旋糖酐和牛血清白蛋白，它们之所以能够提升组织中水的折射率，都是因为它们在深紫外区域有很强的吸收。比如说，甘油，蔗糖，聚乙二醇和右旋糖酐的吸收主要集中在 100nm 左右，而牛血清白蛋白则在 250nm 有主要吸收。
但在此基础上，洪国松团队的理论提供了一个反直觉的预测。
「以往研究者们在选择这些透明化试剂的时候，重要考虑是在可见光区完全没有吸收（也就是看起来无色），我们却发现吸收红移和吸收越强的分子能够在相同的质量浓度下更加有效的提升折射率。」洪国松表示，由此，柠檬黄以及类似的染料分子可以在溶液的主体仍然基本上是水（70% 含水量，可以避免组织脱水）的情况下和脂质达到折射率的匹配。
在相关理论的支持下，团队内的博士后欧子豪（现任德克萨斯大学助理教授）开始对大量染料和其他有色分子进行了筛选。
在发表的 Science 论文中，洪国松团队展示了 20 多种染料的数据，但他表示这已是「大海捞针」的结果：「但实际上，欧子豪筛选过的远远超出这个范围。」
一次 Nature 的拒稿，实际上推动了这篇 Science 论文的改进。
「在拒稿的同时，Nature 审稿人也提出了许多建议，促使我们进一步完善了数据和表述。」洪国松表示，「这帮助我们提前解决了后来在 Science 投稿过程中可能遇到的问题。」
在这个过程中，洪国松研究团队得到了许多同行的支持。另一位通讯作者 Mark Brongersma 教授不断鼓励并提出具有建设性的观点，Julia Kaltschmidt 教授提供了转基因小鼠，支持新实验的完成，丁军和陈晓科教授也慷慨地提供了所需的实验设备。
其他团队：我把小鼠搓成烤鸡了，还是复刻不了
论文发出后，洪国松团队收到了很多询问细节的邮件。
上个月底，九州大学的 Imai 课题组在 bioRvix 上发文，质疑该团队的实验结果无法复现。
「我们课题组了解到相关情况后立刻同他们联系，结果发现他们并没有遵照我们文章中公布的实验方法。」于是洪国松团队向 Imai 课题组指出实验方法的差异、并且提供了更加详细的实验细节。
两天后， Imai 课题组成功复现了洪国松团队的实验，并且撤回了质疑文章、公开道歉。
图源：洪国松团队
「在和 Imai 及其他课题组的交流，我们发现大家由于一些科普文章的影响对我们这篇文章有一个先入为主的观念，就是只要把柠檬黄溶液涂在小鼠肚子上面就能自然变透明，却忽略了文章中的很多细节。」
但在洪国松看来，想要完美复刻实验，需要对每个细节都「吹毛求疵」。
比如说，文章的方法部分特别提到：After the abdominal tissue has sufficiently absorbed the dye molecules, a clear lubricating eye gel（GenTeal Tears, Alcon, Fort Worth, Texas, USA）was applied to the abdomen.
可以从文章的 Fig 3C 看出来，柠檬黄在低浓度下显黄色，而在高浓度下显红色，而只有高浓度的红色的柠檬黄才能够让散射介质变透明。读者也可以从Fig 1A 和 Fig 3G 看出来这一点，所以，充分吸收了柠檬黄的皮肤应该是显红色的。
「所以当有些实验室把小鼠『搓成了烤鸡』，或者小鼠越搓越黄，说明皮肤中的柠檬黄浓度远远未达到透明化所需的浓度。」
提及此，洪国松有些哭笑不得：只有当柠檬黄充分渗透入皮肤组织，并且使得皮肤在用酒精棉片擦去表面的柠檬黄后能够显出红色而不是黄色的时候，皮肤才能够变得透明。
此外，洪国松还提到，去除角质层是该实验的成功关键。由于柠檬黄亲水而疏油、本身并不能够透过皮肤表面的角质层。团队在文章中使用的去除角质层方法为「在皮肤上适当延长使用脱毛膏的时间。」
与此同时，洪国松也鼓励各位研究者积极尝试其他温和的去除角质层方法：「很多去角质方法其实首先用在了化妆品领域，大家可以充分尝试。只是在过程中，需要注意关键是要让柠檬黄充分渗透入皮肤组织，是皮肤在用酒精棉片擦去表面的柠檬黄后能够显出红色而不是黄色，才能实现透明化。」
洪国松教授：拒绝广告碰瓷，欢迎学术交流
目前，全球各大机构的研究人员对于这项 Science 研究复刻不断，复刻过程中大家也有诸多疑问。
「因此，我们正在准备一篇详细的实验 Protocol，预计在几个月内见刊，文中会涵盖完整的实验细节及一些常见问题解答。」洪国松表示，如果大家在使用中有任何问题，欢迎随时邮件联系：「我们的目标是让所有实验室能够轻松复现这些实验结果。」
与此同时，研究团队也将在不久后向感兴趣的实验室寄送经过质量检验的试剂、用于进一步研究，确保这些试剂稳定、不析出，并可直接用于小鼠实验。
「需要特别说明的是，目前所有资料仅用于学术交流，我们尚未与任何公司进行商业合作或盈利。」
洪国松强调：「虽然市场上有不少类似的竞争产品，尤其是最近有些产品也开始借鉴我们的理论在他们原来无色的透明化试剂中加入有色分子以提高效率。但我们秉持科研诚信，不参与盈利性质的广告推广。」
「若实在是要『打广告』，请参阅我们文章中的 Movie 1 和 2，认真按照细节做实验。」洪国松表示，团队不仅希望各实验室都能成功复刻，还希望大家在此基础上进一步共同研究，在技术发展上获得更优异的成果。
目前，洪国松团队正在进行改进相关实验。
「新实验的初步数据显示，能够透明化更多的活体组织，并且扩大了可以使用的年龄范围、动物种类以及光谱范围。我们预见这一技术对于今后的生物成像会提供很多帮助，同时如果能够通过人体实验的话，对于诊疗深层组织的病灶可能会提供帮助。」
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编辑：ifhealth 来源：丁香园
