A microscopia de fluorescência dá aos pesquisadores um poder incrível para iluminar as estruturas mais ínfimas e capturar as atividades em tempo real das células vivas, marcando as moléculas biológicas com um verdadeiro arco-íris de corantes fluorescentes. Esse poder tem um custo:a tecnologia pode ser cara e demorada e, até aqui, resistiu às tentativas de automação.

Esta situação pode estar mudando, no entanto, com a introdução de plataformas baseadas em chips de microfluido. Uma dessas plataformas recém-desenvolvida foi desenvolvida por uma equipe de pesquisadores japoneses. Seu sistema permite aos cientistas criar imagens rapidamente de células fluorescentes cultivadas dentro do chip usando um sensor de imagem CMOS, a mesma tecnologia encontrada na câmera de um smartphone. O novo sistema, descrito esta semana em AIP Advances , tem vários usos potenciais na pesquisa biomédica.

"Os microscópios ópticos convencionais do tipo mesa são ferramentas poderosas para os pesquisadores, mas eles não são realmente adequados para sistemas totalmente automatizados devido ao custo e à necessidade de técnicos bem treinados, "disse Hiroaki Takehara, que pesquisa dispositivos de processamento automatizado de células na Universidade de Tóquio e é um dos autores do estudo.

Para desenvolver um sistema on-chip, ele se juntou ao co-autor Jun Ohta do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara, um especialista em tecnologia de sensor de imagem CMOS.

Outros grupos desenvolveram sistemas de microscopia fluorescente baseados em chip anteriormente, mas essas configurações exigiam que a amostra ficasse diretamente no chip do sensor de imagem, que introduz o risco de contaminação cruzada. Esses sistemas não podem ser realmente de alto rendimento porque os chips sensores devem ser lavados entre o uso.

Takehara e seus colegas desenvolveram chips descartáveis ​​para superar essas limitações. O chip contém canais microfluídicos especialmente concebidos para a cultura de células e a introdução de meios de cultura, drogas e outras moléculas biológicas. O chip possui um fundo de vidro ultrafino que minimiza a distância entre as células e o sensor de contato abaixo. Um sensor de imagem CMOS detecta a fluorescência emitida pelas células, o transforma em um sinal eletrônico e depois reconstrói a imagem.

Para demonstrar a eficácia de seu sistema, os pesquisadores cultivaram células contendo corantes fluorescentes em seus núcleos dentro dos microcanais. Quando eles expuseram as células ao fator de crescimento endotelial (EGF), que causa a proliferação celular, as culturas emitiram um sinal de fluorescência mais intenso do que as culturas que não foram tratadas com EGF, indicando que o sensor detectou crescimento celular.

Os autores reconhecem que a plataforma de microscopia de fluorescência on-chip produz imagens com resolução espacial mais pobre do que os microscópios de fluorescência convencionais, mas oferece a vantagem de ser compatível com sistemas totalmente automatizados. O pequeno tamanho e o preço acessível da plataforma também a tornam atraente para uso em dispositivos implantáveis ​​para medir a glicose ou até mesmo a atividade cerebral.

Em trabalho futuro, Takehara planeja explorar o uso da plataforma para monitorar a produção de células-tronco para uso em medicina regenerativa e para triagem de novos medicamentos.

"O custo excessivo de desenvolver novos medicamentos farmacêuticos e a necessidade urgente de tecnologia de triagem [acessível] se tornou uma questão urgente, "Takehara disse." Um sistema totalmente automatizado, do manuseio da amostra à detecção, sem a necessidade de técnicos bem treinados é uma tecnologia chave, e desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de triagem econômica baseada em células. "