A detecção dinâmica e sem etiqueta da adesão de células-tronco usa o microscópio aprimorado por cristal fotônico. Crédito:Yue Zhuo, Universidade de Illinois
Universidade de Illinois Engenharia Elétrica e de Computação e Bioengenharia O grupo Nano Sensores do professor Brian Cunningham inventou um novo método de imagem de células vivas que algum dia poderá ajudar os biólogos a entender melhor como as células-tronco se transformam em células especializadas e como doenças como o câncer se espalham. Seu microscópio fotônico aprimorado (PCEM) é capaz de monitorar e medir quantitativamente a adesão celular, um processo crítico envolve a migração de células, diferenciação celular, divisão celular, e morte celular.
"Nossa abordagem é importante porque não há ferramentas de imagem de alta resolução e sem rótulo que permitem que as interações da superfície da célula sejam quantificadas e geradas de forma dinâmica, embora esses processos sejam fundamentais para coisas como a cicatrização de feridas, desenvolvimento de tecido, invasão tumoral, e metástase de câncer, "disse Brian Cunningham, professor de engenharia elétrica e da computação e de bioengenharia em Illinois.
A maioria dos métodos de imagem convencionais dependem de corantes fluorescentes, que se fixam e iluminam os componentes da célula para que sejam visíveis ao microscópio. Contudo, marcação fluorescente tem suas limitações, ou seja, é invasiva, difícil para a medição quantitativa, e fornece apenas uma janela de tempo de curto prazo para o exame e medição das células devido ao foto-clareamento.
Usando o PCEM, os pesquisadores mediram com sucesso a densidade de massa efetiva das membranas celulares durante a diferenciação das células-tronco, e a resposta das células cancerosas a drogas em um período prolongado. Seus resultados, "Imagem quantitativa da densidade de massa efetiva associada à membrana celular usando Microscopia Avançada de Cristal Fotônico, "foram relatados no jornal Progresso em Eletrônica Quântica , (Novembro de 2016, Volume 50).
De acordo com o pesquisador-chefe da PCEM, Yue Zhuo, um pós-doutorado Beckman Institute Fellow, A marcação fluorescente não permite que os cientistas vejam como uma proteína ou célula muda com o tempo.
"Você pode ver a célula por talvez algumas horas no máximo antes que a luz fluorescente apague, mas leva vários dias para conduzir um experimento com células-tronco, ", disse Zhuo." Os cientistas costumam usar marcação fluorescente porque não há melhor maneira de monitorar células vivas devido ao seu baixo contraste de imagem entre as organelas celulares. Isso nos incita a desenvolver um método de imagem de alta resolução e sem rótulo para o estudo de células vivas. "
Yue Zhuo, pesquisador de pós-doutorado e Beckman Institute Fellow, pode criar imagens de células vivas sem corantes fluorescentes usando o microscópio aprimorado de cristal fotônico. Crédito:G. Pluta
O microscópio da equipe de Illinois funciona com uma fonte de luz LED e um biossensor de cristal fotônico feito de materiais baratos como dióxido de titânio e plástico, usando um método de fabricação como moldagem de nanoreplica.
"Nosso sensor pode ser fabricado em massa com facilidade, e nosso custo para fazer o sensor é inferior a US $ 1 cada ". observou Zhuo.
No aparelho de Zhuo, o biossensor de cristal fotônico é um sensor óptico que pode ser aplicado a qualquer célula acoplável. A superfície do sensor é revestida com materiais de matriz extracelular para facilitar as interações celulares, que são então vistos através de uma lente objetiva normal e gravados com uma câmera CCD.
"A vantagem do nosso sistema PCEM é que você pode ver como a célula [viva] está começando a se conectar ao nosso sensor, e podemos medir quantitativa e dinamicamente o que aconteceu naquele momento, "Zhuo disse." Somos capazes de medir uma camada muito fina na parte inferior da célula com cerca de 100 nanômetros, que está além do limite de difração da luz visível. "
No futuro, Zhuo planeja equipar o microscópio com resolução de imagem mais alta e algum dia espera ser capaz de construir uma biblioteca de dados de adesão celular para cientistas.
"Diferentes tipos de células terão diferentes perfis de fixação dinâmica." ela explicou. "Podemos usar esta biblioteca para rastrear diferentes tipos de células para regeneração de tecidos, diagnóstico de doenças, ou tratamento medicamentoso, por exemplo, veja como as células doentes se espalham, ou veja como as células cancerosas respondem a diferentes tratamentos com drogas. "
