Os principais processos do corpo são controlados pela concentração de cálcio dentro e ao redor das células. Uma equipe da Universidade Técnica de Munique (TUM) e do Helmholtz Zentrum München desenvolveram a primeira molécula sensora que é capaz de visualizar o cálcio em animais vivos com a ajuda de uma técnica de imagem sem radiação conhecida como optoacústica. O método não exige que as células sejam geneticamente modificadas e não envolve exposição à radiação.

O cálcio é um importante mensageiro do corpo. Nas células nervosas, por exemplo, Os íons de cálcio determinam se os sinais são retransmitidos para outras células nervosas. E se um músculo se contrai ou relaxa depende da concentração de cálcio nas células musculares. Isso também se aplica ao coração.

"Como o cálcio desempenha um papel tão importante em órgãos essenciais como o coração e o cérebro, seria interessante poder observar como as concentrações de cálcio mudam profundamente nos tecidos vivos e, dessa forma, melhorar nossa compreensão dos processos das doenças. Nossa molécula de sensor é um pequeno primeiro passo nessa direção, "diz Gil Gregor Westmeyer, chefe do estudo e professor da Helmholtz Zentrum München. O professor Thorsten Bach do Departamento de Química da TUM também esteve envolvido no estudo, que foi publicado no Jornal da American Chemical Society . Os pesquisadores já testaram sua molécula no tecido cardíaco e no cérebro de larvas vivas de peixes-zebra.

Medições de cálcio também são possíveis em tecidos profundos

O sensor pode ser medido usando um relativamente novo, método de imagem não invasivo conhecido como optoacústica, o que o torna adequado para uso em animais vivos - e possivelmente também em humanos. O método é baseado na tecnologia de ultrassom, que é inofensivo para os humanos e não usa radiação. Os pulsos de laser aquecem a molécula do sensor fotoabsorvente no tecido. Isso faz com que a molécula se expanda brevemente, resultando na geração de sinais de ultrassom. Os sinais são então detectados por sensores de ultrassom e são traduzidos em imagens tridimensionais.

A luz se espalha ao passar pelo tecido. Por esta razão, imagens sob um microscópio de luz tornam-se borradas em profundidades de menos de um milímetro. Isso destaca outra vantagem da optoacústica:o ultrassom sofre muito pouco espalhamento, produzindo imagens nítidas mesmo em profundidades de vários centímetros. Isso é particularmente útil para examinar o cérebro, porque os métodos existentes penetram apenas alguns milímetros abaixo da superfície do cérebro. Mas o cérebro tem uma estrutura tridimensional tão complexa, com várias áreas funcionais, que a superfície é apenas uma pequena parte dela. Os pesquisadores, portanto, pretendem usar o novo sensor para medir as mudanças de cálcio nas profundezas do tecido vivo. Eles já obtiveram resultados no cérebro das larvas do peixe-zebra.

Atóxico e livre de radiação

Adicionalmente, os cientistas projetaram a molécula do sensor de modo que seja facilmente absorvida pelas células vivas. Além disso, é inofensivo para os tecidos e funciona com base na cor:assim que o sensor se liga ao cálcio, sua cor muda, que por sua vez muda o sinal optoacústico induzido pela luz.

Muitos métodos de imagem atualmente disponíveis para visualizar as alterações do cálcio requerem células geneticamente modificadas. Eles são programados, por exemplo, a fluorescência sempre que a concentração de cálcio na célula muda. O problema é que não é possível realizar tais intervenções genéticas em humanos.

O novo sensor supera essa limitação, os cientistas dizem. No futuro, os pesquisadores planejam refinar ainda mais as propriedades da molécula, permitindo que os sinais do sensor sejam medidos em camadas de tecido ainda mais profundas. Para este fim, a equipe chefiada por Gil Gregor Westmeyer deve gerar outras variantes da molécula que absorvem luz com um comprimento de onda maior do que não pode ser percebido pelo olho humano.