Embora a imagem estrutural de células em nanoescala seja agora possível, falta um registro direto da composição química desses domínios. Uma nova técnica foi criada por cientistas do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada para “ver” os detalhes intrincados e a composição química de uma célula humana com clareza e precisão incomparáveis. Seu método aborda a identificação de sinais de uma forma única e contra-intuitiva.
Rohit Bhargava, professor de bioengenharia na Universidade de Illinois Urbana-Champaign que liderou o estudo, disse: “Agora, podemos ver o interior das células com uma resolução muito mais precisa e com detalhes químicos significativos com mais facilidade do que nunca. Este trabalho abre muitas possibilidades, incluindo uma nova forma de examinar os aspectos químicos e físicos combinados que governam o desenvolvimento humano e as doenças.”
Este novo trabalho é inspirado nos últimos avanços em imagens químicas.
A exposição de uma célula à luz infravermelha aumenta sua temperatura e leva a expansão celular. Podemos comparar um poodle a um banco de parque para ver que não há dois itens que absorvam os comprimentos de onda infravermelhos da mesma maneira. Os óculos de visão noturna também mostram que objetos mais quentes geram assinaturas infravermelhas mais fortes do que objetos mais frios. O mesmo é verdade dentro de uma célula, onde vários tipos de moléculas liberam uma assinatura química específica e absorvem a luz infravermelha em um comprimento de onda diferente. Os cientistas podem identificar a localização de cada um analisando espectroscopicamente os padrões de absorção.
Em vez de analisar os padrões de absorção como um espectro de cores, os cientistas interpretaram as ondas infravermelhas com um detector de sinal: um feixe minúsculo preso ao microscópio em uma extremidade, com uma ponta fina que raspa a superfície da célula como a agulha em nanoescala de um toca-discos.
Após a expansão da célula, o movimento do detector de sinal torna-se mais exagerado e gera “ruído”: a chamada estática que impede medições químicas precisas.
Bhargava disse: “É uma abordagem intuitiva porque estamos condicionados a pensar que sinais maiores são melhores. Acreditamos que quanto mais forte o sinal IR, mais alta se torna a temperatura da célula, mais ela se expande e mais fácil será vê-la.”
Seth Kenkel, pesquisador de pós-doutorado no laboratório do professor Bhargava e principal autor do estudo, disse: “É como aumentar o dial de uma estação de rádio com estática – a música fica mais alta, mas a estática também.”
“Em outras palavras, não importa quão poderoso o sinal IR se tornasse, a qualidade da imagem química não poderia avançar.”
“Precisávamos de uma solução para impedir que o ruído aumentasse junto com o sinal.”
Em vez de concentrarem as suas energias no sinal IR mais forte possível, os cientistas começaram a fazer experiências com o sinal mais pequeno que conseguiam, garantindo que poderiam implementar eficazmente a sua solução antes de aumentarem a intensidade.
Kenkel dito, “Embora “contra-intuitivo”, começar aos poucos nos permitiu homenagear uma década de pesquisa em espectroscopia e estabelecer bases críticas para o futuro do campo.”
A abordagem permite imagens químicas e estruturais de alta resolução de células em nanoescala – uma escala 100,000 vezes menor que um fio de cabelo. Mais importante ainda, esta técnica é livre de marcação fluorescente ou moléculas de tingimento para aumentar sua visibilidade ao microscópio.
Jornal de referência:
- Seth Kenkel, Mark Gryka e outros. Imagem química da ultraestrutura celular por medidas espectroscópicas infravermelhas de deflexão nula. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
