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人間とクラゲの違いは何でしょうか？最も直感的なことは、私たちの体は不透明だということです。

しかし現在、画期的な研究により、哺乳類が透明な皮膚を持つことは実際に可能であることが示されています。水と一般的な食品着色料であるFD&Cイエロー#5を混ぜたものを体に塗り、数分間待つだけでも、体内の交差する血管、鼓動する心臓、絶えず動く腸を見ることができます。染料を洗い流すと、まるで「天窓」のように開いた皮膚は、元通りの状態に戻ります。

少し奇妙に聞こえるかもしれないが、このほとんど魔法のような発見は、サイエンス誌の最新号に掲載された。

肌を「透明」にする

皮膚はまさにバリアである

その「魔法」を説明する前に、哺乳類の体がクラゲのように透明になれない理由を理解する必要があるだろう。

本質的に、体の不透明性の根本的な原因は、皮膚組織が散乱媒体であることです。外部からの光が当たると、その最初の反応は、光が妨げられることなく通過するのではなく、光を遮断し、遮断し、反射することです。

たとえ、一部の光が幸運にも「この災難を逃れる」ことができたとしても、人体組織の構成は非常に複雑で、水、脂肪、タンパク質などさまざまな物質で構成されており、このような複雑な状況で光が「有利に働く」ことは困難です。これらの成分の屈折率が異なるため、光の伝播速度がさまざまな方法で遅くなります。たとえば、可視光の場合、水の屈折率は約 1.33 ですが、脂肪やタンパク質の屈折率はそれよりも高くなります。人体のほとんどの組織では、これらの成分が非常に密接に絡み合っているため、可視光は通過する際に必然的に散乱します。この効果の最終的な影響は、皮膚が不透明で有色の生物学的物質であることを私たちの目に伝えることです。

しかし同時に、研究者たちはあるアイデアも思いつきました。細胞の屈折率を周囲の媒体の屈折率と完全に一致するように正確に制御し、両者の境界での光散乱を避けることができれば、皮膚を透明にできるのではないか、と。

理論的には、それはまったく正しいです。しかし、異なるコンポーネント間の屈折率の差を減らす方法を見つけるのは非常に困難です。米国のスタンフォード大学の研究チームが予想していなかったのは、彼らが最終的に思い描いていた物質が目の前にあったということだ。

ギフトレモンイエロー

どれくらい近いですか?言い換えれば、米国食品医薬品局（FDA）が認定した9つの食品着色料のうちの1つであるタートラジンは、チキンエッセンス、膨化食品、ソーダ、混合酒などの食品や飲料に広く添加されています。食卓だけでなく、化粧台や洗面台にある口紅、歯磨き粉、シャンプー、洗剤などの化粧品や日用品の中にも見つけることは難しくありません。

研究の筆頭著者はタートラジン溶液のチューブを持っている

では、あなたや私の周りにはどこにでも存在し、隠れているこの色素は、どのようにして「私たちの運命を変える」のでしょうか?

まず、重要な光学概念、すなわちクラマース-クローニッヒの関係を紹介する必要があります。これは、光の色は互いに独立しているのではなく、相互に関連していることを示しています。つまり、ある物質が 1 つの色の光をより多く吸収すると、この吸収によって別の色の光がその物質を通過する方法が変わります。レモンイエローは、可視光線、特に青色光と紫外線のほとんどを吸収します。

クラマース・クローニッヒの関係によれば、青色光と紫外線の吸収により、赤色光などの他の可視光の通過方法が変わります。実験では、赤色光に対する水の屈折率が 1.33 から脂肪やタンパク質に相当する 1.45 程度に上昇することでこれが表れています。この時点で、赤色光は以前のように散乱することはなくなり、スムーズに伝播するようになり、水中での伝播の仕方は脂肪中と同じになります。これにより、組織全体が視覚的に透明になる単一の均質な材料のように見えます。

屈折率を調整して光透過性を実現する原理の模式図

現在、関連する理論は生体内実験によって検証されています。研究者たちはレモンイエローを含む溶液をマウスの体のさまざまな部分に塗布した。それをマウスの頭皮に塗ると、マウスの脳内の血管が見えるようになった。それをマウスの腹部に当てると、マウスの腸が見えるようになった。そしてそれをマウスの手足に塗ると、手足の筋繊維が観察されました。さらに重要なのは、染料が皮膚に完全に浸透すると皮膚が透明になり、プロセス全体が非侵襲的で可逆的であることです。組織の除去や手術が不要なだけでなく、残った染料を水で洗い流したり、皮膚に浸透した染料を代謝して尿から排出したりすると、皮膚はまるでマジシャンのカーテンコールのように始まりと終わりのある通常の不透明さに戻ります。

「透明なテクノロジー」はどこに向かうべきでしょうか?

「体を透明にする」というのは、好奇心以外に用途がなさそうで、よく考えてみると奇妙さや「異常さ」すら感じます。しかし、特別な生活シーンをいくつか作り出せば、その明るい未来を想像するのは難しくありません。例えば、手術台、採血エリア、病変を垣間見るために高価な器具が必要になる瞬間などです。透明皮膚技術が普及すれば、今後はこうした場所での悲鳴も減るかもしれない。

しかし、未来はまだ遠く、年月はまだ長いことは間違いありません。研究者らは、それが人間の皮膚にどのように作用するかはまだ予測できないと述べている。人間の皮膚はマウスの皮膚の10倍の厚さがあるため、人間の皮膚に浸透するために必要な投与量と投与方法は不明のままです。さらに、タートラジンは認可された食品着色料ですが、アレルギー反応を引き起こすなど、特定の健康リスクをもたらす可能性があります。

この点に関して、研究者らも努力と決意を表明した。彼らは現在、この新しい技術を人間の組織に適用できるように改良する作業を進めています。次のステップでは、人体組織に最も効果的な染料分子の投与量を理解することに重点を置き、タートラジンよりも効果的に作用する他の分子があるかどうかを実験する予定です。彼らは、いつの日かこれが、既存の医療画像研究方法の改善に役立つ新しい技術のきっかけとなることを期待しています。