A detecção de forças físicas é um dos desafios mais complexos que a ciência enfrenta. Embora Newton tenha resolvido o problema da gravidade há muito tempo, imaginar as forças físicas que agem dentro das células vivas continua sendo um dos principais mistérios da biologia atual. Considerado um papel decisivo em muitos processos biológicos, as ferramentas químicas para visualizar as forças físicas em ação não existem. Mas hoje, pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE) e do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) em Biologia Química, Suíça, desenvolveram sondas que podem entrar nas células e criar imagens de forças físicas vivas. Esses resultados, um ponto de viragem no estudo das ciências da vida, pode ser encontrado no Jornal da American Chemical Society .

Desde a sua criação em 2010, um dos objetivos centrais da Biologia Química do NCCR tem sido resolver o problema de detecção de forças físicas celulares. "Nossa abordagem para a criação de sondas de tensão foi inspirada na mudança de cor do camarão, caranguejos ou lagostas durante o cozimento, "diz Stefan Matile, professor do Departamento de Química Orgânica da Faculdade de Ciências da UNIGE e membro do NCCR.

No camarão vivo, as forças físicas das proteínas circundantes achatam e polarizam o pigmento carotenóide, chamada astaxantina, até que fique azul. "Durante o cozimento, essas proteínas são desdobradas e o pigmento da lagosta pode recuperar sua cor laranja escura natural, "continua o químico de Genebra. Intrigado com esses crustáceos, o desenvolvimento de sondas fluorescentes operando no mesmo princípio de planarização e polarização exigiu cerca de oito anos de pesquisa.

Ano passado, as equipes do NCCR finalmente produziram a primeira sonda fluorescente capaz de gerar imagens das forças que atuam na membrana externa, chamada de membrana plasmática, de células vivas. Os pedidos de amostras de mais de 50 laboratórios em todo o mundo vieram em resposta imediata à divulgação desses resultados, demonstrando a importância deste avanço para as ciências da vida. Para atender a essa demanda, As sondas de força da UNIGE foram lançadas sob a marca Flipper-TR no final do ano passado.

E quanto às forças internas das células?

O estudo das forças que se aplicam fora das células não se limita a ferramentas químicas para imagens de fluorescência. As superfícies celulares são acessíveis a ferramentas físicas como micropipetas, pinças ópticas, cantiléveres de microscópios de força atômica, etc. "Mas essas ferramentas físicas obviamente não são aplicáveis ​​ao estudo das forças dentro das células, "diz Aurélien Roux, Professor do Departamento de Bioquímica da Faculdade de Ciências da UNIGE. "Organelas como as mitocôndrias, responsável pela produção de energia; o retículo endoplasmático, responsável pela síntese de proteínas; endossomos, responsável pelo tráfico de material para e dentro das células; ou o núcleo, que armazena informações genéticas, estão simplesmente fora do alcance de ferramentas físicas externas. "Até hoje, a visualização das forças que operam e controlam essas organelas dentro das células ainda era impossível, embora essencial para compreender a sua função.

Este desafio fundamental nas ciências da vida agora está sendo enfrentado. A equipe NCCR, liderado por Stefan Matile, Aurélien Roux e Suliana Manley, professor do Instituto de Física da EPFL, também membro do NCCR, transportaram suas sondas de força para as células e marcaram seletivamente organelas celulares. Eles agora podem mostrar, por exemplo, como a tensão aumenta nas mitocôndrias que estão começando a se dividir. "Pela primeira vez, as forças físicas podem ser visualizadas ao vivo dentro das células, "diz Aurélien Roux. Esta nova ferramenta química finalmente permite que os cientistas alcancem o que eles queriam há muito tempo." Essas novas sondas agora nos oferecem a oportunidade de abordar a mecanobiologia e revolucionar o estudo das ciências da vida, "diz Stefan Matile.