La luz no atraviesa los cuerpos opacos. Estos absorben todas las longitudes de onda del espectro lumínico excepto una, la que dispersan y reflejan, que es precisamente el color con el que vemos ese objeto. Un pelota de tenis amarilla absorbe todos los colores menos el amarillo, que es el que refleja y como la vemos nosotros.

La luz atraviesa los cuerpos transparentes y traslucidos, como el aire, el agua o un cristal, pero cambia ligeramente su velocidad al pasar de un medio a otro, lo cual determina el índice de refracción de ese medio (el clásico palito recto que pasamos a ver torcido cuando lo metemos dentro del agua). El índice de refracción de un medio determinado es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío/aire, y la velocidad de la luz en ese medio.

Cuanto más cambie (se retarde) la velocidad de la luz en un medio determinado mayor será su índice de refracción. Los objetos o medios opacos no tienen índice de refracción calculable (lo tienen infinito) pues no permiten que la luz pase a través suyo (la velocidad de la luz a través de su medio es cero). El índice de refracción del aire es ~1, mientras que el del agua es ~1,33 y el del vidrio es ~1,52. Por eso una varilla de vidrio se ve (algo torcida) dentro del agua, dado que los índices de refracción del cristal y del agua son ligeramente distintos.

El aceite de cedro (el que usamos en microscopía óptica y al que llamamos como «aceite de inmersión» para los objetivos de mayor aumento) tiene un índice de refracción muy parecido al del vidrio ~1,52. Lo cual permite la magia de que la varilla de vidrio desaparezca si la introducimos dentro de un vaso con aceite de cedro. Este aceite es totalmente transparente al vidrio aumentando la cantidad de luz que llega al objetivo (no se dispersa al tener que atravesar el aire, con otro índice de refracción, que es lo que sucede con el resto de objetivos que no son de inmersión) y así vemos mucho mejor el tejido de la preparación.

El cuerpo humano o el de cualquier animal no son opacos, son parcialmente traslúcidos. Si pones una luz potente debajo de la palma de la mano puedes ver parte de la luz que llega al dorso de la mano, atravesándola. La luz que llega al otro lado será más intensa cuanto más delgada sea la capa de carne o material biológico a atravesar. La mayor parte de material biológico (en esencia estamos hechos de agua, lípidos, azúcares y proteínas) tiene un índice de refracción ~1,4, relativamente similar al del agua (~1,33), dado que nuestro cuerpo está formado por 55-75% de agua. El contenido de agua es menor cuanto más obeso se esté, cuantos más lípidos se tengan.

Esta breve y muy simplificada clase de óptica de los párrafos introductorios de esta nueva entrada en el blog me sirve para hablaros hoy de los resultados de una investigación sorprendente, que parece milagrosa, pero que no es más que conocimiento de física del espectro lumínico, para desarrollar una aplicación de visualización de cuerpos biológicos, de momento probada solamente en ratones.

Unos investigadores de la Universidad de Stanford han descubierto que un colorante utilizado por la industria alimentaria en multitud de productos que tomamos en vermuts y aperitivos (como los doritos, los fritos, los gusanitos de maíz…) a los que tiñe de color amarillo-anaranjado (la tartracina, E-102) es capaz de tornar los objetos parcialmente opacos, como los tejidos biológicos, en transparentes, absorbiendo la luz (en el rango del azul) y alterando el índice de refracción de esos tejidos biológicos, volviéndolos transparentes a la luz (en el rango del rojo, el color principal de nuestros tejidos). Así han conseguido hacer transparente la piel del ratón (después de afeitar la zona, los pelos siguen siendo un problema, pues tienen un índice de refracción distinto del hueso) o los músculos, o el abdomen o el cráneo. Cambiando la concentración de tartracina (que es soluble en agua) pueden llegar a igualar el índice de refracción de cualquier tejido, tornándolos transparentes, lo cual ofrece una posibilidades sorprendentes, permitiendo ver nervios, neuronas, células a través de la piel después de «clarificarla» tras aplicar una pomada con este compuesto.

De momento sólo se ha probado en ratones o pechugas de pollo. Este producto (la tartracina) no es tóxico (por eso se usa en alimentos), aunque algunos países lo prohibieron en su día tras la aparición de algunos estudios que correlacionaban su consumo con la hiperactividad y pérdida de atención en niños escolares. Os invito a que leáis el artículo original en Science, los comentarios en Science y Nature, y otros comentarios en otros medios.

Con este descubrimiento de esta aplicación sorprendente de la tartracina se consigue convertir un mamífero, cuyo interior del cuerpo es opaco a no ser que se abra quirúrgicamente, en un embrión de pez, como los de los peces cebra, que son transparentes de por sí y permiten ver todos los órganos internos sin necesidad de abrir el cuerpo del animal. Como os podréis imaginar esta es una tecnología asombrosa que recién acaba de aparecer y de la cual todavía no podemos anticipar cuál va a ser su previsible gran impacto en los estudios en biología. ¿Quién nos iba a decir que una pomada hecha a partir del polvo que torna naranjas a los doritos nos permitiría ver el interior del cuerpo de los animales sin abrirlo?

Esta no es la única manera de «clarificar» los tejidos biológicos para poder ver a través. Existen otras tecnologías, más invasivas, que permiten ver el interior del cráneo de un ratón tras clarificar tejidos y huesos pero manteniendo la estructura anatómica. Si en el interior hemos podido marcar algunas neuronas con una molécula fluorescente entonces podremos ver el recorrido de las fibras nerviosas en su lugar exacto del cerebro sin alterar su anatomía. Este procedimiento, que técnicamente se conoce como light-sheet microscopy, lo hemos aplicado nosotros en mi laboratorio, en colaboración con la investigadora Alexandra Rebsam, del Institut de la Vision en Paris, para visualizar el grupo de neuronas que constituyen el tracto óptico, en modelos animales en ratón de un tipo determinado de albinismo sindrómico llamado FHONDA. A diferencia de lo que ocurre con la tartracina, que puede aplicarse sobre ratones vivos, no es tóxica, es reversible y no hay que sacrificar el animal, en el caso de la light-sheet microscopy el procedimiento es mucho más agresivo e irreversible y solamente se puede hacer y procesar con el animal ya muerto.