p Para uma doença como o câncer, os médicos costumam recorrer à tomografia computadorizada (TC) para um diagnóstico mais definitivo, com base na reconstrução de um órgão 3-D a partir de múltiplas fatias de imagem 2-D. No nível molecular, essas varreduras 3-D podem se tornar uma parte importante da medicina de precisão:um futuro de decisões de tratamento sob medida para as características celulares exclusivas de cada paciente. p Mas, traduzindo a ideia de tomografias computadorizadas de órgãos grandes, como nosso coração ou cérebro, a moléculas minúsculas está longe de ser trivial - é por isso que Paul Campagnola, professor de engenharia biomédica e física médica da Universidade de Wisconsin-Madison, fez carreira disso.

p Com artigo publicado este mês (outubro de 2017) na revista Optica , ele agora deu um próximo passo crucial em direção à imagem molecular 3-D do colágeno, a proteína mais abundante em humanos que é encontrada em todos os nossos ossos, tendões e tecidos conjuntivos.

p "O colágeno é essencial para a estabilidade óssea e tecidual, e as mudanças em sua organização 3-D intrínseca são uma característica fundamental de todos os cânceres e várias outras doenças, "Campagnola diz." É por isso que imagens detalhadas dessas mudanças podem se tornar uma parte importante das decisões de tratamento clínico no futuro. "

p O que torna a imagem do colágeno tão complicada? Um microscópio óptico tradicional mostra diferenças, ou contrastes, entre objetos mais claros e mais escuros porque absorvem diferentes comprimentos de onda da luz que os atravessa. Mas, uma vez que as moléculas de colágeno são transparentes, eles não geram esses contrastes.

p Técnicas especiais estão disponíveis para objetos transparentes de imagem, mas no caso do colágeno, Campagnola e outros pesquisadores demonstraram no final da década de 1990 que imagens 2-D de alta resolução resultam da exploração de sua estrutura rígida e hierárquica:moléculas de colágeno individuais são empilhadas juntas como uma parede de tijolos em fibrilas de colágeno, que são embalados lado a lado em feixes paralelos chamados fibras de colágeno. É essa estrutura que dá às partes do corpo à base de colágeno sua estabilidade quase semelhante à do aço.

p E embora essa estrutura transparente altamente organizada não mude a frequência primária da luz, ele interage com sua chamada frequência de "segundo harmônico". Na música, o segundo harmônico de uma onda sonora tem o dobro da frequência e metade do comprimento de onda do original, criando um som uma oitava acima em um instrumento de cordas.

p "O colágeno é o tipo de tecido humano mais comum, cuja interação com um laser cria um novo sinal único que chamamos de luz de segunda harmônica, análogo ao segundo som harmônico da música, "Campagnola explica." Ao contrário de outros materiais, as moléculas de colágeno se reúnem de tal forma que essa luz é brilhante e pode distinguir entre diferentes subestruturas. "

p Assim, A microscopia de segunda geração de harmônicos nasceu quando os pesquisadores aprenderam como converter esses sinais de ordem superior em imagens 2-D - mas as imagens 3-D permaneceram indefinidas por mais alguns anos.

p Com seu novo estudo, O grupo de Campagnola agora forneceu a estrutura experimental e computacional para a montagem de imagens de colágeno 2-D, tomadas de vários ângulos em torno da amostra de tecido, em uma visualização 3D de resolução moderada, semelhante à conhecida tomografia computadorizada de órgãos humanos.

p A chave para este novo paradigma de imagem é um dispositivo impresso em 3D que mantém um tubo conectado a um pequeno motor e fica no palco de um microscópio vertical. Uma vez que uma amostra de tecido (digamos, um tendão da cauda do rato) é colocado no tubo, o motor começa a girar. Cada vez que uma fonte de laser, localizado abaixo do palco, envia luz através da amostra rotativa, um scanner a laser registra a imagem resultante do microscópio 2-D. No final do procedimento, um algoritmo matemático complexo reconstrói uma imagem 3-D - um primeiro passo em direção à tomografia de geração de segundo harmônico - de todas as fatias 2-D.

p Uma vez implantado em ambientes clínicos, tomografia de colágeno 3D de alta resolução pode aprimorar, por exemplo, nas diferenças sutis entre as fibras de colágeno altamente alinhadas no tecido de câncer de mama e ovário, que são distintos da malha hachurada de colágeno encontrada no tecido normal. Essas imagens podem informar as decisões de tratamento não apenas para o câncer, mas também para fibrose pulmonar, uma condição na qual o tecido pulmonar danificado e com cicatrizes reduz a capacidade de respiração do paciente.

p "Nosso próximo objetivo é aplicar a nova tecnologia a uma variedade de tecidos doentes, "Campagnola diz." Se pudermos construir um banco de dados de pacientes grande o suficiente com imagens e resultados clínicos, os médicos podem eventualmente escolher a quimioterapia ou outros tratamentos baseados na estrutura de colágeno 3-D no tecido do próprio paciente - que é o tipo de medicina de precisão que pode realmente fazer a diferença no sucesso do tratamento. "