Os pesquisadores da Tufts foram os pioneiros em uma nova maneira de estudar as propriedades das células em velocidades e resoluções sem precedentes, permitindo que eles examinem com mais precisão, por exemplo, as diferenças entre as células cancerosas e as saudáveis. A técnica pode levar a testes de diagnóstico mais rápidos e precisos para uma variedade de doenças ou até mesmo oferecer uma visão sobre como envelhecemos.

Usando uma combinação de tecnologias de espectroscopia existentes, Igor Sokolov, professor de engenharia mecânica e biomédica, e o pesquisador de pós-doutorado Maxim Dokukin gerou dados mecânicos de tecidos e outros tipos de materiais biológicos "moles" em resoluções até 100 vezes melhores do que os métodos atuais. A pesquisa foi publicada neste verão em Relatórios Científicos , um diário de acesso aberto publicado pelo grupo que o produz Natureza . O trabalho foi financiado principalmente pela National Science Foundation.

Sokolov compara o avanço da nova técnica à diferença entre o microscópio óptico, inventado no século 16, e o microscópio eletrônico de varredura, desenvolvido em 1931. Com um escopo óptico, você pode ver objetos do tamanho aproximado de um grande vírus, cerca de 200 a 300 nanômetros. Microscópios eletrônicos de varredura, por contraste, pode criar imagens de objetos tão pequenos quanto 1 a 20 nanômetros, sobre o tamanho das grandes moléculas do DNA. Mas eles não são úteis com materiais orgânicos, Sokolov diz.

O dispositivo que a equipe de Sokolov inventou, que eles chamam de FT-nanoDMA, porque emprega espectroscopia de transformada de Fourier (FT) e espectroscopia mecânica dinâmica (DMA) até a nanoescala (nano) - pode reunir com precisão informações sobre materiais macios até 10-50 nanômetros.

E pode fazer isso rapidamente, levando menos de um segundo por ponto de superfície para retransmitir propriedades de uma área de 100 por 100 pixels em apenas algumas horas. Isso é comparado com os 23 dias que as tecnologias concorrentes existentes exigem. A nova técnica também pode fazer algo que outras pessoas não podem - estudar propriedades mecânicas dinâmicas de células individuais. É nesta escala "onde coisas novas normalmente acontecem, "diz Sokolov.

A nova abordagem fornece aos pesquisadores informações sobre a mecânica dos materiais macios, como as proteínas que compõem nossa pele e cabelo e longas cadeias de moléculas conhecidas como polímeros, que ocorrem naturalmente ou são projetados. O novo método mede uma característica conhecida como viscoelasticidade - a capacidade de um material de se esticar sob pressão e se recuperar a uma velocidade definida - pense em Silly Putty versus um elástico.

Os dados resultantes podem ser usados ​​para avaliar as propriedades de células malignas e saudáveis, com potencial para desenvolvimento rápido, testes de diagnóstico precisos, Sokolov diz. Uma melhor compreensão das propriedades mecânicas de outros tipos de células também pode lançar luz sobre doenças vasculares e renais, Alzheimer, catarata e até mesmo o processo de envelhecimento, para nomear alguns, ele diz.

Um Santo Graal da Nanomecânica

Considere como as células da pele mudam à medida que envelhecemos. "Eles ficam dramaticamente mais rígidos, "Sokolov diz." Podemos ver diferenças detalhadas nas características biomecânicas das células? Podemos consertar a rigidez das células antigas para devolvê-la ao nível jovem? "

Os pesquisadores normalmente medem a viscoelasticidade testando materiais em várias frequências, ou taxas de vibrações. Os cientistas examinam essas frequências, uma de cada vez, como clicar em canais de TV com um controle remoto, e examinar as propriedades mecânicas em cada "estação". A descoberta da equipe de Sokolov veio quando eles descobriram uma maneira de usar todo o espectro de frequências. Eles decidiram, "Por que não experimentar todos de uma vez?"

Isso não tinha sido feito antes, Sokolov diz, porque "você teria conversa cruzada, "ou interferência entre as frequências." Levamos sete anos para entender como poderíamos fazer isso, mas agora temos um dispositivo que faz isso com precisão. "

Embora o novo método seja de ponta - Sokolov o chama de "o Santo Graal da nanomecânica" - ele carece de um recurso normalmente associado a inovações de alta tecnologia:um preço alto. Isso porque o grupo de tecnologias que seu dispositivo emprega, incluindo microscopia de força atômica (AFM), existem há 20 anos ou mais. Usá-los juntos requer pouco mais do que um software de computador adicional para sincronizar as várias tecnologias. "Pode ser facilmente implementado em AFMs existentes por um custo moderado e deve fornecer impacto imediato, "Sokolov diz.

A microscopia de força atômica era uma delas, se não o, principal ferramenta responsável pelo surgimento da nanotecnologia, observa Sokolov, que usa AFM há mais de duas décadas. Ao desenvolver esta nova técnica de imagem, ele e seus colegas expandiram o alcance do AFM, permitindo-lhe quantificar novas características de materiais em uma escala anteriormente inacessível.

"And it will accomplish this more than 100 times faster, " Sokolov adds. "This will open a new dimension in characterization of mechanical properties of soft materials."