p Identificar um pequeno número de células patogênicas entre muitos milhões de células é complicado. Pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram agora uma tecnologia que é capaz de identificar enormes quantidades de propriedades celulares em pequena escala, individualmente e em detalhes. p Todos os processos de vida em humanos, animais e plantas dependem da atividade celular. O corpo humano sozinho contém mais de 210 tipos de células com propriedades e funções específicas que influenciam o desenvolvimento e a saúde. Uma compreensão detalhada dessas células e de suas propriedades é crucial para a biologia e a medicina. Contudo, filtrar as informações procuradas da célula às vezes é um grande desafio - especialmente se, em um milhão de células, menos de uma dúzia tem a propriedade que desencadeia uma doença.

p Um método estabelecido em química, A biologia e a medicina para determinar rapidamente as propriedades de um grande número de células individuais é a citometria de fluxo. Esta tecnologia de medição de células pode ser usada, por exemplo, para identificar células cancerosas ou células T, aqueles glóbulos brancos importantes para o sistema de defesa imunológica.

p A tecnologia foi inventada em 1968, com citômetros de fluxo convencionais normalmente medindo luz dispersa e fluorescência quando as células fluem através de um feixe de laser. Os sinais resultantes variam dependendo do tamanho, forma, estrutura e cor das células; por exemplo, As células T são muito suaves e espalham menos luz do que as outras células.

p Uma boa combinação

p O grupo de pesquisa liderado por Andrew deMello, Professor de Engenharia Bioquímica da ETH, agora teve sucesso no desenvolvimento da citometria de fluxo significativamente mais longe. Sua plataforma de citometria baseada em imagem mede células e suas propriedades mais rapidamente, em quantidades maiores e com muito mais precisão do que os citômetros de fluxo atuais. Os pesquisadores da ETH Zurich já apresentaram o funcionamento de seu método na revista científica Chem .

p Os pesquisadores não reinventaram a abordagem, mas sim tecnologias existentes combinadas de forma inteligente:seu citômetro de fluxo combina os recursos da microfluídica, que estuda o comportamento dos fluidos por meio de microcanais, com métodos de detecção ótica altamente sensíveis e imagem ultrarrápida.

p Isso permite que eles alcancem um rendimento ultra-alto de mais de 50, 000 células por segundo. Os citômetros de fluxo baseados em fluorescência padrão medem de forma confiável entre 100 e 20, 000 células por segundo, e citômetros de fluxo de imagem apenas até 4, 000 células por segundo. Na prática, Contudo, normalmente ocorre que um número significativamente menor de células é medido, pois geralmente se agrupam.

p “Estamos desenvolvendo tecnologias para ajudar os químicos, biólogos e especialistas médicos realizam novas pesquisas, "diz deMello. Ele espera que a plataforma um dia também seja mais simples e muito mais barata do que os instrumentos de hoje.

p Em princípio, seu citômetro de fluxo consiste em três partes:no início, as células são alinhadas em um único arquivo. Um fluxo microfluídico então os guia através de um microcanal em serpentina (veja o desenho acima) e para a área de detecção em alta velocidade. Lá, uma câmera de alta resolução registra seu tamanho, forma e estrutura usando os efeitos de luz. Em uma etapa final, eles podem ser classificados de acordo com suas propriedades.

p Instantâneos em loops

p Uma característica especial desta abordagem é que as células passam por vários loops paralelos, o que permite que a câmera grave um grande número de células com precisão. Isso acelera o método de deMello, e permite a operação com taxas de transferência excepcionalmente altas. "A combinação de microfluidos com imagens permite o aprimoramento das informações, "diz ele. Nas abordagens convencionais, em contraste, um detector registra uma célula após a outra em um ponto específico.

p Três tipos de imagens podem ser obtidos com essa tecnologia:imagens em campo escuro com informações sobre a forma e a estrutura de uma célula (essas imagens mostram estruturas coloridas contra um fundo escuro), imagens de campo claro com informações sobre o tamanho da célula e imagens fluorescentes com informações sobre a aparência e a estrutura interna de uma célula. A extração de informações morfológicas em particular distingue a abordagem de deMello de outras abordagens fluorescentes ou baseadas em microfluidos.

p Imagens como Papa Flash

p Quando eles encontraram um problema, O grupo de deMello se beneficiou de anos de experiência em microfluídica à base de gotículas e métodos ópticos:quando as gotículas, células ou micropartículas fluem muito rapidamente, as imagens - assim como as fotografias - às vezes ficam distorcidas ou borradas. O grupo de pesquisa resolveu esse problema aprendendo com o passado:para expor as células, eles usaram iluminação estroboscópica que divide o fluxo contínuo de células - como uma câmera lenta - em uma sequência de imagens estáticas. Este método tornou-se mundialmente famoso graças ao inventor do flash estroboscópio, Harold E. Edgerton, também conhecido como Papa Flash, cujas fotos de culto da década de 1960 foram vistas em todo o mundo.

p Graças à exposição estroboscópica, células individuais que se movem a meio metro por segundo e em grandes quantidades podem ser registradas com clareza.

p Para testar o desempenho de seu método, cientista sênior de deMello, Stavros Stavrakis, junto com dois estudantes de graduação analisou uma grande população de células e vida diferenciada, células moribundas e mortas com base em sua fluorescência. Os pesquisadores da ETH Zurich gostariam de continuar a desenvolver o método com vista a bactérias, aplicações nanocientíficas e industriais.