L’imagerie biologique a longtemps été mise à l’épreuve par la diffusion de la lumière, qui obscurcit les structures d’intérêt1. Les techniques de clarification optique visent à réduire la diffusion de la lumière et à améliorer la clarté visuelle, permettant ainsi de visualiser des structures auparavant cachées2. Le développement de ces techniques a conduit à un large éventail de méthodes conçues pour améliorer l’imagerie optique de tissus biologiques ex vivo, même d’animaux entiers, sans dissection physique des échantillons3. Cependant, le développement de techniques similaires pour des applications in vivo a été un défi. Des techniques telles que CLARITY Clear Lipid-exchanged Acrylamide Rigid Imaging / Immunostaining / in situ-hybridization-compatible Tissue hYdrogel), offrent une imagerie à haute résolution mais manquent de réversibilité, ce qui les rend inadaptées aux études sur les animaux vivants4. Constantini et al. ont montré des progrès plus lents dans l’imagerie in vivo par rapport à la clarté de l’imagerie ex vivo, ce qui est dû à la complexité de maintenir la viabilité des tissus tout en évitant les niveaux toxiques d’agents nécessaires à la transparence des tissus5. Genina insiste sur le fait que l’avenir du nettoyage des tissus optiques repose sur des méthodes non invasives et réversibles6. Des études récentes ont démontré l’efficacité des colorants absorbants solubles dans l’eau pour la clairance optique in vivo. Par exemple, Miller et al. ont montré que l’application topique de tartrazine augmentait significativement la profondeur d’imagerie à la fois en OCT et en microscopie photoacoustique (PAM) de la peau de souris vivantes, en réduisant la diffusion et en augmentant l’indice de réfraction des composants du tissu interstitiel7. Jia et al. ont utilisé une solution de tartrazine à 15 % p/p pour améliorer l’imagerie PAM in vivo de l’oreille et du tissu abdominal de la souris, révélant de fines structures microvasculaires avec une résolution subcellulaire qui étaient autrement obscurcies8. Zuo et al. ont également démontré l’imagerie cérébrale à travers le cuir chevelu et le crâne intacts chez des souris vivantes en utilisant 0,6 M de tartrazine, atteignant une intensité de signal quatre fois plus élevée et une résolution 3,5 fois supérieure par rapport aux tissus non traités9. Dans une autre application, Narawane et al. ont permis l’imagerie OCT transsclérale profonde dans les yeux porcins en appliquant de la tartrazine, obtenant une visualisation claire de l’espace suprachoroïdien, qui était auparavant inaccessible en raison de la forte diffusion sclérale10. Bien que les méthodes de clarification tissulaire ex vivo telles que CLARITY et iDISCO (Immunomarking-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs) atteignent une transparence optique et une résolution subcellulaire élevées grâce à l’élimination des lipides ou à la clarification à base de solvant, elles sont souvent inadaptées à l’imagerie in vivo avec des animaux vivants 4,11,12. Cette limitation affecte l’imagerie dynamique, qui est cruciale pour l’imagerie biomédicale des processus dynamiques à l’intérieur des animaux vivants, tels que le développement de maladies et les traitements.
Les molécules absorbantes à haute solubilité aqueuse et aux formes de bandes d’absorption distinctes, telles que la tartrazine, un colorant de qualité alimentaire, offrent des avantages prometteurs pour obtenir une transparence optique chez les animaux vivants13. En introduisant spécifiquement la tartrazine, le tissu absorbe sélectivement les longueurs d’onde ultraviolettes et bleues en raison des caractéristiques spectrales uniques du colorant, ce qui permet d’obtenir un profil d’indice de réfraction modifié qui réduit la diffusion à des longueurs d’onde plus longues. Cette technique contre-intuitive de clarification des tissus optiques est optimisée pour l’imagerie in vivo, et les relations Kramers-Kronig fournissent une base scientifique pour la transparence observée lors de l’utilisation de molécules fortement absorbantes comme la tartrazine14,15. Pour l’imagerie in vivo, la tartrazine est combinée à des particules d’agarose chauffées et à de l’eau pour créer une solution cohésive qui adhère mieux à la peau. La nature hydrosoluble de la tartrazine facilite également le retrait facile de la solution à base de colorant des animaux vivants, réduisant ainsi les effets potentiels d’une exposition prolongée aux solutions de colorant. De plus, la méthode a été adaptée pour diverses applications biomédicales afin d’améliorer la profondeur, la résolution et la sensibilité de l’imagerie, notamment la tomographie par cohérence optique 7,16 et l’imagerie photoacoustique 7,9, démontrant ainsi son potentiel pour la communauté plus large de l’imagerie biomédicale.
Avec l’intérêt croissant pour l’application de molécules absorbantes dans l’imagerie biomédicale17,18, le protocole présente une procédure détaillée d’utilisation de colorants alimentaires pour des applications ex vivo et in vivo, ainsi que le traitement d’images et l’imagerie in vivo réversible. Ce protocole est appliqué à des tissus de poitrine de poulet pour démontrer une transparence ex vivo, puis est modifié pour l’imagerie de la tête et de l’abdomen in vivo de souris, montrant la réversibilité. Une solution appliquée sur la peau de souris in vivo crée une transparence temporaire et réversible sans nuire à l’intégrité de la peau ou des tissus. Cette technique peut être intégrée à un pipeline de traitement d’images, y compris le débruitage, pour créer un protocole d’imagerie optimisé pour l’imagerie optique in vivo des organes internes. Lorsqu’elles sont combinées, ces techniques permettent une meilleure imagerie longitudinale non invasive pour l’observation en temps réel des processus biologiques. L’utilisation d’agents plus sûrs qui démontrent une réversibilité permet de surmonter les limitations précédentes et de fournir une méthode plus adaptée à l’imagerie biologique dynamique.