As forças exercidas por uma célula viva ou um microorganismo são minúsculas, frequentemente não maior do que alguns nanonewtons. Para comparação, um nanonewton é o peso de uma parte em um bilhão de uma barra de chocolate típica. Ainda, para células biológicas e micróbios, essas forças são suficientes para permitir que as células se fixem em uma superfície ou que os micróbios se impulsionem em direção aos nutrientes. Cientistas da Finlândia e da Alemanha agora apresentam uma técnica altamente adaptável usando sensores de força de micropipeta para medir com precisão as forças exercidas por uma ampla gama de organismos de tamanho mícron. Este novo método foi publicado em Nature Protocols .

Para permanecer vivo e proliferar, uma célula biológica precisa se adaptar às suas condições ambientais. A capacidade de fazer isso envolve princípios físicos e forças mecânicas. As células podem se prender a superfícies e outras células para, eventualmente, formar um biofilme, uma estrutura que protege a comunidade de células de ataques externos. Muitos microrganismos podem se mover ativamente rastejando em uma superfície ou nadando em um líquido, por exemplo, em direção a uma fonte de nutrientes. A fim de avançar na compreensão da motilidade dos micróbios, é importante medir as forças mecânicas associadas ao seu movimento.

O desenvolvimento de sensores de força de micropipeta para medir as forças de células vivas e microorganismos é descrito em um trabalho conjunto da Dra. Matilda Backholm e do Dr. Oliver Bäumchen. "O princípio de funcionamento da técnica do sensor de força da micropipeta é maravilhosamente simples:ao observar opticamente a deflexão de uma micropipeta calibrada, as forças que atuam na pipeta podem ser medidas diretamente, "diz Matilda Backholm, pesquisador do Departamento de Física Aplicada da Aalto University na Finlândia.

Uma micropipeta é uma agulha de vidro oca com uma espessura de aproximadamente o diâmetro de um fio de cabelo humano ou até menor. Uma das vantagens mais notáveis ​​desta técnica é que ela pode ser aplicada a uma grande variedade de sistemas biológicos, variando de uma única célula a um microrganismo de tamanho milimetrado. "Nós exemplificamos a versatilidade do nosso método usando dois sistemas modelo da microbiologia, mas certamente, a técnica pode e será aplicada a outros sistemas biológicos no futuro, "diz Oliver Bäumchen, líder do grupo de pesquisa no Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização em Göttingen, Alemanha.

"A ideia por trás da técnica é combinar as vantagens de várias técnicas biofísicas estabelecidas. Usamos uma micropipeta para agarrar uma célula viva da mesma forma que é feito na fertilização in vitro, e estudar as forças mecânicas medindo a deflexão da pipeta usando os princípios de medição subjacentes à microscopia de força atômica - uma técnica de medição padrão em física, "diz Bäumchen.

Dr. Backholm aponta outra grande vantagem:"Em contraste com outros métodos de medição de força, detectamos a deflexão de nossa micropipeta altamente sensível simplesmente observando-a com um microscópio de última geração. Isso nos permite inspecionar a forma e o movimento do microrganismo com alta resolução óptica, enquanto medimos as forças simultaneamente. "

Durante tudo isso, a célula ou microrganismo está totalmente intacto e vivo, que permite testar sua reação a drogas, bem como nutrientes, temperatura e outros fatores ambientais. "A resolução da força é realmente notável. Com nossos recentes avanços tecnológicos, conseguimos detectar forças de até cerca de dez piconewtons, que é quase tão bom quanto um microscópio de força atômica, "diz o Dr. Bäumchen.

Os pesquisadores esperam que seu método seja aplicado em outros laboratórios de pesquisa no futuro para lidar com importantes questões biofísicas, visando a melhor compreensão das funções biológicas das células e microrganismos, bem como seus princípios físicos subjacentes. Dr. Backholm aponta que essas vias de pesquisa podem de fato avançar nas aplicações biomédicas e biotecnológicas:"A técnica do sensor de força da micropipeta pode ajudar a identificar drogas para combater doenças infecciosas e inibir a formação de biofilmes em implantes médicos, apenas para citar alguns exemplos em que essa nova abordagem pode ter um impacto significativo. "