A imagem de um peixe-zebra usando o novo método CT, com cores atribuídas a estruturas com base em sua profundidade dentro do peixe. Crédito:Penn State College of Medicine
Para diagnosticar e tratar doenças como o câncer, cientistas e médicos devem entender como as células respondem a diferentes condições médicas e tratamentos. Os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de estudar doenças em nível celular.
Dr. Keith Cheng, distinto professor de patologia, farmacologia e bioquímica e biologia molecular na Penn State College of Medicine, e uma equipe de físicos de imagens de raios-X da Universidade de Chicago, desenvolveram um novo, Técnica de imagem de tecido 3-D, denominada histotomografia de raios-X. A técnica permite aos pesquisadores estudar os detalhes das células em uma amostra de tecido sem ter que cortá-la em fatias. E isso pode levar a um melhor diagnóstico e tratamento para uma variedade de doenças, incluindo câncer.
"As medições quantitativas e objetivas possibilitadas pela histotomografia podem nos permitir distinguir entre subtipos de câncer e outras doenças que atualmente parecem iguais usando a histologia tradicional para que possam ser tratadas de forma mais adequada, "Cheng disse.
A histologia tradicional envolve a retirada de fatias finas de tecidos dos pacientes, manchando-os, e examiná-los em busca de características irregulares ao microscópio. O corte físico da amostra introduz perda de tecido e distorção que leva a uma amostragem incompleta e visualizações imperfeitas. De acordo com pesquisadores, A histotomografia de raios-X evita esses problemas e permite que as características tridimensionais das células, como forma e volume, sejam medidas com precisão.
Mais de 10 anos, Cheng e sua equipe desenvolveram a técnica combinando os princípios da tomografia computadorizada humana (TC) e histologia para obter imagens de pequenos organismos e tecidos em uma resolução maior em 3-D.
"A histotomografia de raios-X usa os mesmos princípios de uma tomografia computadorizada humana, "Disse Cheng." A tomografia computadorizada envolve tirar uma série de raios-X de um sujeito, cada um em um ângulo ligeiramente diferente. Um programa de computador então usa o conjunto de raios-X para criar uma imagem 3-D. "
O laboratório de Cheng já havia usado micro-CT, uma versão em menor escala da TC humana, para obter imagens de pequenos organismos e tecidos. Patrick La Rivière, da Universidade de Chicago, professor associado de radiologia, apresentou a Cheng o uso de uma poderosa fonte de raios-X, o síncrotron, o que permitiu à equipe de pesquisa aprimorar sua varredura de micro-TC com maior resolução e tempos de imagem mais rápidos. A micro-TC baseada em síncrotron pode ajudar os patologistas algum dia a responder a perguntas como:
A tecnologia necessária para responder a perguntas como essas não estava disponível comercialmente, Cheng disse, então ele e uma equipe de engenheiros, físicos, cientistas de dados e biólogos decidiram desenvolver a técnica eles próprios.
Depois de uma década otimizando a preparação da amostra e a imagem, a equipe criou reconstruções 3-D de peixes-zebra jovens que podem ser examinados de todo o organismo até o nível celular. Os peixes-zebra foram escolhidos para desenvolver essa tecnologia porque seu tamanho desde as larvas até os adultos é quase o mesmo que as amostras usadas pelos médicos para avaliar tumores cancerígenos.
De acordo com Cheng, pesquisadores e médicos agora podem examinar características como a forma 3-D, volume, localização e número de células que anteriormente não podiam ser estudadas pela histologia tradicional. A técnica permitirá que os patologistas estudem uma amostra completa de tecido após sua coloração e preparo. Não é mais necessário cortar uma única fatia de tecido de toda a amostra.
Os cientistas clínicos podem avaliar as características microscópicas e tridimensionais das células devido à maior clareza e resolução das imagens.
"A beleza e a complexidade do tecido que vi foram alucinantes, "Cheng disse sobre as imagens divulgadas no jornal eLife com a pesquisa em 11 de junho.
Ferramentas computacionais combinadas com a imagem permitem o tamanho, forma, volume e densidade das células a serem calculadas e catalogadas. Essa capacidade permite que as características da patologia da doença sejam estudadas de uma maneira inovadora que pode melhorar o atendimento clínico e facilitar a descoberta de medicamentos.
Os avanços na tecnologia da computação permitem que os grandes arquivos de imagem do peixe-zebra - de 100 gigabytes cada - sejam processados e visualizados. Os pesquisadores podem examinar as características da doença no sistema orgânico, tecido ou nível celular simultaneamente, fatia por fatia ou em contexto 3-D. Eles podem até ser capazes de ver e interagir com a estrutura celular de organismos usando a mesma tecnologia usada por jogadores de realidade virtual.
Pesquisas futuras pela equipe de Cheng têm como objetivo aumentar a resolução, tamanho da amostra, Taxa de transferência, poder analítico e acessibilidade da técnica.
