Cách mạng: Các nhà khoa học vừa phát hiện một loại thuốc bôi làm cho làn da trở nên 'vô hình'

Loại thuốc bôi này tương tự như huyết thanh trong tiểu thuyết 'Người vô hình' của H.G. Wells từ năm 1897.

Trong cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng 'Người vô hình' của tác giả H.G. Wells năm 1897, nhân vật chính là một nhà khoa học đã chế tạo một loại huyết thanh khiến các tế bào trong cơ thể trở nên trong suốt.

Hơn một thế kỷ sau, các nhà nghiên cứu đã tìm ra phiên bản thực tế của chất này: Một loại thuốc bôi có khả năng làm cho da chuột trở nên trong suốt tạm thời, giúp quan sát các cơ quan nội tạng bên dưới hoạt động trực tiếp.

Mặc dù hiện tại nó mới chỉ thử nghiệm trên chuột, nếu thành công có thể áp dụng cho con người, điều này sẽ mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong nghiên cứu y sinh và y học.

Ví dụ, việc làm cho một phần da cổ tay trở nên trong suốt sẽ hỗ trợ bác sĩ trong việc xác định vein chính xác hơn khi tiêm thuốc hoặc lấy máu xét nghiệm, mở ra cơ hội cho một kỷ nguyên y sinh mới.

Sử dụng phân tử phẩm màu để điều chỉnh hướng ánh sáng

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, nhóm các nhà khoa học từ Đại học Texas đã cải tiến phẩm màu thực phẩm thành một loại thuốc bôi có khả năng làm cho da ở đầu và bụng của chuột trở nên trong suốt.

Việc rửa sạch dung dịch dư thừa sẽ đảo ngược quá trình này, trả lại da bình thường mà không gây hại cho chuột thí nghiệm.

'Đối với những ai hiểu nguyên lý vật lý cơ bản đằng sau hiện tượng này, điều đó hoàn toàn hợp lý. Nếu không, có thể coi nó như một trò ảo thuật', Zihao Ou, tác giả chính của nghiên cứu và phó giáo sư vật lý tại Đại học Texas ở Dallas, cho biết trong một tuyên bố.

'Phép thuật' này thực chất dựa trên nguyên lý quang học. Phân tử phẩm màu hấp thụ ánh sáng mạnh, làm giảm sự tán xạ ánh sáng khi chiếu lên da. Khi tán xạ giảm, ánh sáng sẽ dễ dàng xuyên qua da hơn.

Khi phẩm màu được hòa với nước, nó sẽ thay đổi chỉ số khúc xạ, là thước đo cách một chất bẻ cong ánh sáng. Khi chỉ số khúc xạ của nước trong mô da được điều chỉnh phù hợp với chỉ số khúc xạ của protein và chất béo trong mô, ánh sáng sẽ được bẻ cong đồng đều, giống như mô tả trong tiểu thuyết 'Người vô hình' của H.G. Wells năm 1897.

'Chúng tôi đã kết hợp phẩm màu vàng, phân tử hấp thụ gần như toàn bộ ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng xanh và tia cực tím, với da, một môi trường tán xạ', phó giáo sư Zihao Ou cho biết. 'Khi tách biệt, hai thành phần này sẽ ngăn ánh sáng không thể xuyên qua da. Tuy nhiên, khi kết hợp, chúng tôi có thể khiến da chuột trở nên trong suốt'.

Khi phẩm màu hoàn toàn khuếch tán vào da, da trở nên trong suốt, giống như làn sương mù tan dần dưới ánh nắng.

'Da chuột sẽ cần vài phút để hoàn toàn trong suốt', phó giáo sư Zihao Ou nói. 'Nó tương tự như việc kem dưỡng da hay mặt nạ làm việc: Thời gian cần thiết phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của phân tử vào da'.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm kem bôi trên ức gà trước khi áp dụng lên chuột sống. Khi da chuột trở nên trong suốt, phó giáo sư Zihao Ou cho biết ông có thể nhìn thấy bên trong cơ thể chuột.

Ví dụ, các mạch máu trên hộp sọ hiện rõ, các cơ quan nội tạng cũng có thể quan sát qua thành bụng. Nhóm nghiên cứu thậm chí nhìn thấy các cơn co thắt cơ khi thức ăn di chuyển qua hệ tiêu hóa.

Nếu bạn tò mò, phẩm màu thực phẩm được sử dụng trong nghiên cứu là tartrazine, hay còn gọi là FD&C Yellow No. 5, được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chấp thuận sử dụng.

Loại phẩm màu tổng hợp này thường được sử dụng để tạo màu vàng hoặc cam cho khoai tây chiên, kẹo, kem và bánh ngọt. 'Đây là một phẩm màu rất kinh tế và hiệu quả, chúng tôi chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ để thuốc bôi của chúng tôi phát huy tác dụng', phó giáo sư Zihao Ou cho biết.

Tuy nhiên, ông nhấn mạnh rằng phẩm màu cần phải an toàn sinh học — không gây hại cho các sinh vật sống. Hiện tại, nghiên cứu chưa thể thử nghiệm trên người, và việc lựa chọn tartrazine gặp một số vấn đề.

Một nghiên cứu năm 2021 từ Văn phòng Đánh giá Mối nguy hại Sức khỏe Môi trường California đã liên kết phẩm màu này với các vấn đề về hành vi và giảm khả năng tập trung ở trẻ em. Dự luật tại California nếu được thông qua sẽ cấm phẩm màu này trong thực phẩm phục vụ tại các trường công lập ở Mỹ.

Tiềm năng ứng dụng trên người

Một thách thức khác để áp dụng loại thuốc bôi này lên da người là da người dày gấp 10 lần so với da chuột. Các nhà khoa học vẫn chưa xác định được lượng phẩm màu cần thiết và phương pháp bôi hoặc tiêm vào da người để đạt được độ trong suốt.

Vì vậy, việc bạn chỉ cần lấy tartrazine từ tủ bếp, pha với nước và bôi lên da hiện tại sẽ không hiệu quả. Tuy nhiên, việc phẩm màu này có thể làm da chuột trong suốt đã mở ra cơ hội mới trong nghiên cứu y sinh, mang lại hy vọng sẽ 'mở cánh cửa sổ' nhìn vào bên trong cơ thể.

'Trong tương lai, công nghệ này có thể làm cho tĩnh mạch dễ nhận diện hơn, giúp việc lấy máu hoặc tiêm truyền dịch trở nên thuận tiện hơn, đặc biệt là đối với bệnh nhân cao tuổi có tĩnh mạch khó tìm', Guosong Hong, đồng tác giả nghiên cứu và phó giáo sư khoa học vật liệu tại Đại học Stanford, chia sẻ.

'Thêm vào đó, loại kem bôi này còn có thể hỗ trợ phát hiện sớm ung thư da, nâng cao khả năng xuyên sáng cho các liệu pháp điều trị sâu như liệu pháp quang động và liệu pháp nhiệt quang, cũng như giúp loại bỏ hình xăm bằng laser dễ dàng hơn'.

Christopher Rowlands, giảng viên cao cấp tại khoa kỹ thuật sinh học của Đại học Imperial College London, bày tỏ tiếc nuối vì không nghĩ ra ý tưởng tương tự như nhóm nghiên cứu ở Stanford.

Rowlands cho biết, hoạt động của phẩm màu trên da dựa trên nguyên lý vật lý lâu đời và đã được nghiên cứu rộng rãi gọi là mối quan hệ Kramers-Kronig: Khi vật liệu hấp thụ ánh sáng ở một màu, nó sẽ bẻ cong ánh sáng nhiều hơn ở các màu khác.

'Khi ai đó thực sự thực hiện được điều đó, mọi người mới cảm thấy ngạc nhiên, nhưng không ai nghĩ rằng sẽ có ai làm được điều đó trong suốt 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 quan sát cấu trúc và hoạt động của 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 rõ những gì nó đã ăn vào bữa sáng. Đây là một công cụ nghiên cứu vô cùng mạnh mẽ', họ viết trong bài bình luận.

Rowlands và Gorecki cho biết các phương pháp hiện tại làm mô trong suốt thường sử dụng dung dịch có tác dụng phụ như làm khô, mất nước và sưng tấy da, đồng thời phá hủy và làm thay đổi cấu trúc của mô.

Ngược lại, phẩm màu tartrazine ở nồng độ thấp có thể dễ dàng đảo ngược hiệu ứng, trả lại làn da nguyên vẹn cho động vật sống mà không làm ảnh hưởng đến quá trình sinh học của chúng.

Bộ đôi nhà khoa học cho rằng phát hiện này là ví dụ rõ nét về việc hiện thực hóa ý tưởng từ tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, so sánh loại thuốc bôi này với huyết thanh trong tiểu thuyết 'Người vô hình' của H.G. Wells năm 1897.

'Nhân vật chính trong truyện phát minh ra một loại huyết thanh khiến các tế bào cơ thể trở nên trong suốt bằng cách điều chỉnh chính xác chỉ số khúc xạ của chúng để phù hợp với môi trường và không khí xung quanh', họ viết.

'127 năm sau, chúng ta đã thực sự tìm ra 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'.

Tuy nhiên, khi được hỏi về khả năng tạo ra một con chuột hoàn toàn vô hình, phó giáo sư Zihao Ou và Guosong Hong cho biết việc làm cho chuột hoàn toàn vô hình vẫn là một thách thức lớn: Phương pháp hiện tại không thể làm cho xương của chuột trở nên trong suốt.

'Hiện tại, chúng tôi chỉ thử nghiệm với các mô mềm như não, cơ và da. Chúng tôi chưa nghiên cứu nhiều về các mô cứng như xương, vì vậy chưa thể xác định liệu chúng tôi có thể làm cho chuột hoàn toàn vô hình hay không', phó giáo sư Zihao Ou cho biết.

'Mặc dù vậy, việc có được một con chuột bán trong suốt sẽ mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu mới, giúp giải đáp các câu hỏi về phát triển, lão hóa và tái sinh mô'.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science.