Avanços na biologia celular, a ciência dos materiais e a imagem estão se combinando para criar ferramentas que permitirão aos pesquisadores rastrear em tempo real e em resolução superfina o que acontece dentro de uma única célula.

Ser capaz de visualizar os processos celulares conforme eles acontecem é visto como uma parte crítica da compreensão das mudanças que ocorrem quando a doença surge e como esse processo pode ser evitado, revertido ou curado de outra forma.

Por muitas décadas, os cientistas têm contado com o uso de moléculas de corante que são absorvidas pelas células para visualizar seu comportamento.

Essas moléculas de corante, originalmente adaptado dos corantes usados ​​na indústria têxtil, passaram por desenvolvimento e melhoria, mas seus princípios básicos e propriedades permanecem basicamente os mesmos.

Uma grande desvantagem é o escurecimento ou desbotamento dos corantes à medida que são expostos à luz de alta intensidade para geração de imagens. Os cientistas têm apenas uma pequena janela de tempo para criar imagens da célula, criando um instantâneo de eventos celulares em vez de em andamento, rastreamento em tempo real.

Enquanto isso, a imagem molecular e a microscopia avançaram ao ponto em que a resolução superfina e a imagem em tempo real são possíveis, não apenas no nível da célula inteira, mas dentro de uma célula e de seus vários componentes.

Isso está inspirando microbiologistas a se unirem a engenheiros de materiais para desenvolver novos biomateriais luminescentes que, como um farol de aeronave, permitem que os cientistas rastreiem e visualizem os processos celulares sem impactar adversamente a célula viva.

Em um artigo publicado hoje na revista Métodos da Natureza , pesquisadores da University of Technology Sydney (UTS) e da University of Wollongong (UOW), junto com colegas da Universidade de Pequim, China, e a Universidade de Göttingen, Alemanha, descreveram como as sondas emissoras de luz podem ser aplicadas por cientistas da vida na visualização de processos celulares.

O autor principal, o distinto professor Dayong Jin da UTS, disse que os cientistas de materiais fizeram um tremendo progresso no desenvolvimento de novas estruturas que são extremamente pequenas - comparáveis ​​ao tamanho de uma molécula de proteína - que emitem luz com maior brilho e precisão do que as moléculas clássicas de corante.

"Podemos levar nanomateriais, como plástico emissor de luz ou partículas de cerâmica, e entregá-los ao site em questão. Várias outras técnicas ajudam a partícula a passar pela parede celular e podemos visualizar o que está acontecendo dentro da maquinaria molecular.

"Observamos avanços como a capacidade de medir as mudanças no transporte dentro de um neurônio como resultado de doenças cerebrais, "Disse o professor Jin." Essas partículas avançadas também possibilitam o uso de diferentes cores e sinais de pulso simultaneamente, para que possamos efetivamente criar um código de barras ou proteínas visualmente para ver como eles são traduzidos e transcritos - a codificação da própria vida.

"Este é um momento emocionante para as comunidades de biologia celular e ciência de materiais, que agora têm uma oportunidade sem precedentes de explorar imagens celulares com precisão e resolução sem precedentes.

Co-autor ilustre Professor Antoine van Oijen, que lidera a iniciativa Molecular Horizons da UOW, disse que o artigo destacou como reunir a comunidade da ciência dos materiais com os cientistas das ciências da vida seria fundamental para iluminar os detalhes intrincados de como a vida funciona.

"Compreensão dos processos da doença, e, portanto, o desenvolvimento de curas, depende de nós entendermos os processos celulares:como as várias biomoléculas dentro de nossas células fazem seu trabalho? O que acontece quando eles param de fazer seu trabalho adequadamente e surgem doenças?

"No momento, cientistas e profissionais de saúde estão muito preocupados com a resistência antimicrobiana, o que poderia tornar algumas drogas inúteis e, na pior das hipóteses, ver o ressurgimento de doenças que não perturbam a sociedade há décadas.

"Estamos agora em um ponto em que os pesquisadores precisam desenvolver e produzir novos antibióticos, e os médicos precisam usá-los com sabedoria. Compreender os processos de como as drogas funcionam em nível molecular é a chave para o desenvolvimento dessas novas drogas. "

Esses métodos e as colaborações de pesquisa que os sustentam serão o foco principal da Molecular Horizons, um centro de pesquisa de US $ 80 milhões que está atualmente em construção no campus de Wollongong da UOW. Ele fornecerá aos pesquisadores acesso a novas ferramentas para visualização de processos biológicos que ajudarão a desvendar os segredos mais íntimos da célula e desenvolver novas maneiras de detectar e atacar doenças.