Microscopia revolucionária revela detalhes celulares sem precedentes em tempo real

• Cientistas desenvolvem um novo microscópio que pode gerar imagens da dinâmica subcelular em organismos multicelulares. 
• Para fazer isso, eles combinaram microscopia de folha de luz em treliça e técnicas de óptica adaptativa. 
• Eles puderam observar o comportamento das organelas à medida que elas se moldam dentro das células, em tempo real. 

Em 1665, Robert Hooke usou um microscópio para observar uma pequena fatia de cortiça e descobriu pequenos blocos, que chamou de “células”. Desde então, inúmeros esforços foram feitos por muitas mentes inovadoras para proporcionar uma visão melhor destes blocos de construção da vida.

Agora, pesquisadores da Harvard Medical School e do Howard Hughes Medical Institute desenvolveram um microscópio avançado que pode capturar detalhes excepcionais, incluindo imagens 3D e vídeos de uma célula viva.

A resolução do microscópio é capaz de gerar imagens da dinâmica subcelular em organismos multicelulares, como a dinâmica de vesículas (bolhas microscópicas) que transportam carga molecular através das células.

Desafios

Por mais de três séculos, os pesquisadores usaram microscópios para observar células. Até agora, as melhores visualizações foram obtidas a partir de células isoladas em lâminas de vidro. Observar células em organismos multicelulares em tempo real, entretanto, continua sendo uma tarefa muito mais complexa.

Na maioria das vezes, as células-alvo são cercadas por estruturas moleculares ou tecidos que perturbam o feixe de luz que entra e volta para a objetiva do microscópio, desfocando os detalhes cruciais. Usar um feixe poderoso não é uma solução perfeita porque pode danificar/distorcer parcialmente tecidos e outras estruturas moleculares.

Então, como eles fizeram isso?

Para lidar com esses problemas, os pesquisadores combinaram 2 técnicas –

1. Microscopia de light sheet em treliça que aumenta a velocidade de aquisição de imagens enquanto reduz os danos celulares causados pela fototoxicidade.
2. Óptica adaptativa que reduz as distorções da frente de onda de entrada moldando ativamente um espelho. Geralmente é usado em telescópios astronômicos.

Na microscopia de folha de luz em treliça, a folha de luz estruturada é usada para excitar a fluorescência nos planos consecutivos de uma amostra. Isso produz uma sequência de imagens 3D que fornece insights de processos biológicos dinâmicos.

Já a óptica adaptativa funciona analisando as distorções da frente de onda e compensando-as com um instrumento que corrige esses erros, como uma matriz de cristal líquido ou um espelho deformável.

Esquema de microscópio simplificado | Cortesia de pesquisadores

Eles aplicaram esses princípios no campo da microscopia com a ajuda de um laser de dois fótons que gera uma configuração óptica adaptativa. À medida que a folha de luz reticular penetra em um organismo multicelular, essa configuração mantém a fina iluminação da folha, gerando imagens livres de distorção das células-alvo.

Referência:ScienceMag | doi:10.1126/science.aaq1392 | Universidade de Harvard 

Em seguida, validaram este microscópio em várias amostras biológicas e desenvolveram ferramentas essenciais que visualizam as informações de forma eficaz. Isso inclui vídeos 3D totalmente interativos.

Resultados

Célula cancerosa | Crédito:Rick Groleau e Kevin Jiang

Como você já deve ter adivinhado, os resultados foram muito impressionantes. Você pode ver na imagem, uma célula cancerosa [mostrada em verde] forçando seu caminho através da parede do vaso sanguíneo [roxo] é claramente visível. A imagem abaixo mostra células de um olho de peixe-zebra em 3D.

Células do olho do peixe-zebra | Crédito: Liu et al

Os pesquisadores conseguiram visualizar (em tempo real) o comportamento das organelas à medida que elas se moldam dentro das células. Na verdade, eles capturaram os detalhes quase moleculares da endocitose mediada por receptores – um processo no qual as células absorvem hormônios, metabólitos e outras proteínas.

O que vem a seguir?



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Os pesquisadores agora estão trabalhando para tornar essa tecnologia simples e menos dispendiosa. O sistema atual cabe em uma mesa de 3 metros de comprimento. A próxima versão seria compacta e acessível. Além disso, o primeiro microscópio será instalado no Janelia Research Campus, onde outros cientistas poderão utilizá-lo.