As células foram colocadas em meio de cultura dentro de um suporte selado a vácuo. À esquerda estão imagens capturadas por uma única tomada de cerca de 30 femtossegundos, e à direita a mesma célula capturada logo depois por meio de uma composição de 15 tomadas em um total de 250 milissegundos. A segunda imagem mostra as regiões mais escuras e ricas em carbono com menos ruído, mas os pesquisadores observam que está mais desfocada, provavelmente por causa do movimento celular. Crédito:Óptica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.515726 Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica para visualizar células vivas de mamíferos. A equipe usou um laser poderoso, chamado laser de elétrons livres de raios X suaves, para emitir pulsos ultrarrápidos de iluminação na velocidade de femtossegundos, ou quatrilionésimos de segundo.
Com isso, eles puderam capturar imagens de estruturas baseadas em carbono em células vivas pela primeira vez, antes que a radiação suave de raios X as danificasse. Os espelhos Wolter refinados, uma espécie de espelho ultrapreciso, foram criados para permitir ao microscópio capturar imagens com alta resolução espacial e amplo campo de visão.
No futuro, a equipe espera usar este microscópio para compreender melhor a natureza dinâmica da biologia celular. O estudo foi publicado na revista Optica .
Há uma diferença entre raios X suaves e raios X duros. Radiografias fortes são o que você provavelmente encontrará se tiver passado pela segurança do aeroporto ou quebrado um membro. Os raios X suaves são mais tipicamente restritos à pesquisa, desde o estudo de biologia e química até minerais e meteoritos. Os raios X suaves são capazes de fornecer informações químicas sobre amostras e imagens detalhadas no nível subcelular, mas seu uso tem sido limitado devido ao equipamento muito especializado necessário e, em biologia, aos danos que causam às células vivas.
No entanto, uma equipe de pesquisadores construiu um novo microscópio de raios X suave, através do qual foi possível visualizar células vivas de mamíferos pela primeira vez. Eles conseguiram tirar imagens de estruturas de carbono dentro das células, que não haviam sido vistas antes por outros instrumentos. O carbono é um dos principais elementos da vida, o que proporciona uma nova janela para uma parte vital de nós mesmos.
O microscópio tem dois componentes principais:um laser de elétrons livres de raios X suaves; e espelhos Wolter altamente precisos, um tipo de espelho amplamente utilizado em telescópios de raios X para observação do espaço. Os espelhos foram feitos usando tecnologia criada pelo autor principal Satoru Egawa, professor assistente do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de Tóquio.
Neste esquema, o condensador e a objetiva (que aqui parecem dois cones) são os espelhos Wolter. A luz refletida no segundo espelho Wolter forma a imagem sombreada da célula, enquanto a abertura ajuda a fornecer uma imagem mais nítida. Crédito:Óptica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.515726
"Um laser de elétrons livres de raios X suaves forneceu iluminação de pulso na velocidade de dezenas de femtossegundos (com um femtossegundo sendo um milionésimo de um bilionésimo de segundo). A duração ultracurta dos pulsos de radiação nos permitiu tirar uma imagem antes a estrutura da célula viva foi alterada pelos danos da radiação", explicou Egawa.
"Usamos espelhos Wolter para iluminação e geração de imagens. Esses espelhos fornecem um amplo campo de visão, podem suportar a irradiação de poderosos lasers e não exibem distorção de cor, tornando-os ideais para observar amostras em vários comprimentos de onda."
Embora lasers de elétrons livres de raios X suaves tenham sido usados anteriormente para estudar vírus e bactérias menores, as células de mamíferos eram grandes demais para serem estudadas dessa forma. No entanto, ao usar espelhos Wolter, a equipe conseguiu obter um campo de visão mais amplo e usar um porta-amostras mais espesso, capaz de conter células maiores.
As imagens resultantes mostraram detalhes sobre o conteúdo de carbono nas células que não haviam sido vistos por outros métodos, como microscopia eletrônica e microscopia de fluorescência.
“Foi surpreendente para nós encontrar uma via de carbono entre o nucléolo (uma estrutura no núcleo da célula, envolvida na função e sobrevivência celular) e a membrana nuclear (que envolve o núcleo), que não tinha sido observada com microscópios de luz visível, - disse Egawa.
Estão disponíveis lasers de elétrons livres de raios X suaves e mais brilhantes, que permitiriam imagens ainda mais nítidas com menos "ruído" granulado. Ao adicionar lasers mais brilhantes e espelhos Wolter mais precisos, a equipe espera atualizar o microscópio para que possa observar mais elementos bioquímicos. Isto também poderia ajudar a esclarecer algumas das reações e interações vitais que ocorrem nas células vivas.
