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A vida dentro de uma célula: agora em 3D

Cientistas estão prontos para capturar os ângulos mais íntimos das células vivas. Uma nova tecnologia de imagem que não exige a aplicação de corantes, ou outros compostos químicos, sobre as células produz imagens tridimensionais em alta resolução das estruturas celulares internas, tudo isso com o uso de telescópios comuns e luz branca.

Uma nova técnica permite que um dispositivo acoplado a telescópios comuns produza imagens de diferentes planos das células vivas. Posteriormente, um modelo de computador junta as imagens e as transforma em uma versão 3D das células. Crédito: Gabriel Popescu

Uma nova técnica permite que um dispositivo acoplado a telescópios comuns produza imagens de diferentes planos das células vivas. Posteriormente, um modelo de computador junta as imagens e as transforma em uma versão 3D das células. Crédito: Gabriel Popescu

A técnica, chamada de tomografia de difração de luz branca (White-light Diffraction Tomography), doravante WDT, permite que os pesquisadores observem a vida de uma célula sem perturbar seus processos naturais e tenham uma visão extremamente detalhada dos efeitos de medicamentos e da diferenciação de células-tronco, por exemplo. O desenvolvimento do novo método, realizado por uma equipe de cientistas da Universidade de Illinois, liderada pelo professor de engenharia de computação e bioengenharia Gabriel Popescu, foi detalhado em artigo publicado no periódico Nature Photonics.

“Um objetivo principal ao se obterem imagens das células é o de tentar compreender como funcionam, ou como respondem a tratamentos, por exemplo, durante terapias [contra o] câncer”, disse Popescu. O pesquisador acrescentou que a necessidade de inserir corantes e agentes de contraste nas células afeta o funcionamento delas, o que interfere no estudo que se deseja realizar. “Com nossa técnica, podemos ver processos enquanto ocorrem, e não obstruímos seu comportamento normal”.

Por utilizar a luz branca, a WDT consegue observar as células em seu estado natural, sem expô-las a compostos químicos, radiação ultravioleta ou forças mecânicas, os três principais métodos em uso por parte de outras técnicas de microscopia. De acordo com o grupo de pesquisadores, o maior potencial da tecnologia se encontra na habilidade de estudar as estruturas biológicas em três dimensões ao longo do tempo, pois, como não é alterada, a célula pode ser visualizada repetidamente, dando aos cientistas uma dimensão da dinâmica celular enquanto a célula está viva.

As imagens 3D são compostas por cortes transversais do objeto, de forma análoga a uma ressonância magnética ou a uma tomografia computadorizada. O microscópio muda seu foco, atravessando diferentes níveis de profundidade da célula e capturando imagens destes diversos planos focais. O trabalho é finalizado por um computador, no qual um modelo teórico compila as imagens e as transforma em uma versão tridimensional coerente. (Confira o resultado no vídeo abaixo, que contempla as visualizações 3D de um glóbulo vermelho, da bactéria E. coli e de uma célula cancerosa.)

Taewoo Kim, estudante de pós-graduação e coautor da dissertação, afirmou: “Nós podemos ver a dinâmica da célula em 3D, o que não tem sido feito de maneira quantitativa. Por exemplo, podemos ver, em um período de um minuto ou durante a vida da célula, como ela cresce e como as coisas nela se movem”. Popescu observou outra característica na WDT, segundo ele, a de que a nova técnica de imagiologia nos diz em que escala os compostos são transportadas dentro da célula, e em que escala os processos são realmente organizados:

“À primeira vista, a dinâmica parece bastante bagunçada, mas, então, você a observa nós vemos filmes durante horas e horas — e percebe que tudo faz sentido. Tudo está perfeitamente organizado em certas escalas. É isto o que torna viva a célula. A aleatoriedade é apenas o modo de a natureza tentar novas coisas”, disse.

A WDT utiliza um componente acoplado a um microscópio de contraste de fase convencional, comumente encontrado em laboratórios de biologia. Inclusive, a nova tecnologia foi especialmente desenvolvida para propiciar seu fácil acesso aos biólogos, fato que, esperam os desenvolvedores, levará a uma adoção rápida e em grande escala da técnica. (Popescu fundou uma companhia, a Phi Optics, para que este objetivo seja atingido.)

Além da praticidade proporcionada para o estudo da biologia, a WDT pode influenciar o campo da óptica, já que os pesquisadores aplicaram a ele uma concepção da física, a teoria da dispersão. Esta teoria consiste brevemente no estudo da colisão de determinada onda (sonora ou luminosa, por exemplo) ou determinadas partícula, com algum objeto material (dispersor), fato gerador de um novo padrão na distribuição da onda/das partículas, que depende, por sua vez, das propriedades do dispersor. “A física por trás desta técnica é outra coisa com a qual ficamos fascinados”, disse Kim. “A propagação da luz, em geral, é estudada com aproximações, mas estamos usando quase nenhuma aproximação. De uma forma bem resumida, podemos mostrar perfeitamente como a luz muda conforme atravessa a célula”.

Para o futuro, os pesquisadores pretendem estabelecer outras colaborações multidisciplinares, a fim de que sejam descobertos outros usos para a WDT. Um campo de pesquisa já identificado é o das células-tronco: como são muito sensíveis, uma técnica livre de compostos químicos pode ser usada para que os estudos com elas não sejam prejudicados e o desenvolvimento da sua diferenciação nos vários tipos de células seja melhor compreendido.

Fonte: Phys.org

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This entry was posted on 22 de Janeiro de 2014 by in Biologia, Ciência e Tecnologia and tagged , , , , , .

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