p Para se submeter a imagens de alta resolução, as células muitas vezes devem ser fatiadas e cortadas em cubos, desidratado, pintado com manchas tóxicas, ou embutido em resina. Para células, o resultado é a morte certa. p Mas se os pesquisadores puderem apenas ver o funcionamento interno das células mortas, eles estão vendo apenas parte da história. Eles não podem monitorar os processos dinâmicos em tempo real das células vivas, tais como reações metabólicas ou respostas a doenças ou tratamentos.

p "Componentes e estruturas subcelulares têm uma profunda influência no comportamento da complexa maquinaria celular e biologia de sistemas, "disse Gajendra Shekhawat da Northwestern University." No entanto, desvendar as estruturas e componentes dentro da célula é muito desafiador porque eles são muito frágeis. "

p Agora Shekhawat e Vinayak P. Dravid, o professor Abraham Harris de Ciência e Engenharia de Materiais da Northwestern Engineering, desenvolveram um novo sistema de imagem não invasivo que torna possível visualizar a arquitetura subcelular de células vivas em resolução em escala nanométrica. Chamado Ultrasound Bioprobe, a técnica combina ondas de ultrassom com microscopia de força atômica, interagindo com células vivas para determinar as mudanças em seu comportamento mecânico.

p Com o apoio da National Science Foundation (NSF) e do National Heart, Pulmão, e Instituto de Sangue, a pesquisa foi publicada recentemente em Avanços da Ciência . Shekhawat e Dravid foram os co-autores do artigo. Shekhawat, um professor associado de pesquisa em ciência e engenharia de materiais, também foi o primeiro autor do artigo. A pesquisa foi concluída no Centro Experimental de Caracterização Atômica e em Nanoescala da Northwestern University (NUANCE). NUANCE é a principal instalação do Programa de Infraestrutura Coordenada de Nanotecnologia Nacional (NNCI) apoiado pela NSF, que está sediada em Northwestern e chamada de Recurso Experimental de Nanotecnologia Híbrida e Suave (SHyNE).

p Apesar dos avanços recentes em imagem, atualmente não existe um método único que forneça imagens de alta resolução e alta sensibilidade de estruturas subcelulares vivas. Microscopia fluorescente e confocal, que são métodos tradicionais para monitorar as interações biológicas dentro das células, sofrem de fraca resolução espacial e requerem tintas ou etiquetas invasivas para aumentar o contraste e realçar as estruturas nos tecidos biológicos. Imagens de ondas leves e acústicas são incapazes de visualizar estruturas menores do que algumas centenas de nanômetros. A microscopia de varredura por sonda pode fornecer uma resolução espacial muito alta, mas só pode identificar estruturas de superfície, em vez de espiar dentro de uma célula. E embora a microscopia eletrônica possa visualizar detalhes finos no nível subcelular, é uma técnica destrutiva que não pode ser usada para tecidos biológicos vivos.

p "Muitos obstáculos já existiram, "disse Dravid, que dirige o Centro NUANCE e o Recurso SHyNE. "Caracterização da complexa dinâmica dos processos biológicos, especialmente vias de sinal em resolução em nanoescala, permaneceu um desafio. "

p Shekhawat e Dravid's Ultrasound Bioprobe, Contudo, contorna esses problemas. Suas ondas de ultrassom geram imagens não invasivas de características intracelulares profundamente enterradas. E sua sonda de microscopia de força atômica fornece alta sensibilidade e contraste mecânico das ondas de ultrassom dispersas. O resultado? Não destrutivo, notavelmente alto contraste, imagens em nanoescala de estruturas e componentes nas profundezas de tecidos e células vivos.

p "Usando esta abordagem não invasiva, podemos monitorar imagens em tempo real das mudanças nanomecânicas em sistemas biológicos complexos, "Shekhawat disse." Isso pode fornecer pistas para o diagnóstico precoce e caminhos potenciais para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas.

p Próximo, a equipe planeja expandir sua técnica para diversas aplicações biomédicas, como a nanomecânica de tecidos moles, como a pele, esmaltes, e ossos para sondar sua arquitetura tridimensional até a resolução espacial em nanoescala.

p "Uma variação significativa nas nanoestruturas celulares e na mecânica pode ser diretamente influenciada pelas condições de câncer de uma célula, "Dravid disse." Portanto, a Ultrasound Bioprobe também pode expandir nossa compreensão fundamental da nanomecânica em ação dentro das células cancerosas. "