p O vírus da imunodeficiência humana, ou HIV, trava guerra em nossos corpos usando uma estratégia desenvolvida ao longo de milhões de anos que vira nossas próprias máquinas celulares contra si mesmas. Apesar dos grandes avanços na compreensão da doença, ainda existem lacunas importantes. Por anos, Cientistas da Universidade de Utah gostariam que houvesse uma maneira de visualizar como o vírus e suas moléculas interagem com as células humanas em tempo real. Então, um grupo de pesquisa desenvolveu um. p O novo método usa interferometria para capturar visualizações de resolução extremamente alta de milhões de moléculas que se movem através de géis viscosos ou uma membrana plasmática. Ipsita Saha, candidato ao doutorado em física e autor principal do estudo, desenvolveu uma análise de correlação que teoricamente explica como o microscópio de interferometria pode distinguir entre dois tipos de movimento - fluxo e difusão - e ela e o autor sênior Saveez Saffarian o verificaram experimentalmente. O método nos traz um passo mais perto de visualizar como as moléculas interagem em uma célula viva real.

p "Já existem métodos que capturam como as moléculas fluem e se difundem em duas dimensões. Queríamos ver o que está acontecendo em todo o ambiente celular. Como essas moléculas estão funcionando? Que tipo de interação está ocorrendo?" disse Saha, que também é afiliado ao Center for Cell and Genome Science (CCGS) da U.

p "Até aqui, fomos deixados apenas para imaginar essas interações. Temos maneiras muito limitadas de realmente entrar na célula e observar como todas essas moléculas estão dançando juntas ao mesmo tempo, "disse o autor sênior Saffarian, professor associado de física, professor assistente adjunto de biologia e afiliado do CCGS. "Nós realmente precisávamos gerar métodos de alta resolução que pudessem observar a dinâmica das moléculas biológicas."

p O estudo publicado na revista PLOS ONE em 18 de dezembro, 2019.

p Fluxo e difusão

p As células funcionam como um escritório eficiente. Proteínas e outras moléculas realizam tarefas, desenvolver produtos, comunicar uns com os outros e se movimentar, até mesmo deixando sua célula particular para entrar no mundo mais amplo. O movimento é crucial para que as moléculas se encontrem e interajam umas com as outras e com seu ambiente. Este estudo teve como objetivo distinguir entre dois tipos de movimentos:fluxo e difusão.

p As moléculas fluem quando têm uma tendência a se mover em uma determinada direção. A difusão ocorre quando as moléculas se movem aleatoriamente. Para entender como as células ou vírus funcionam, é importante entender a mecânica de como eles se movem.

p "Essas moléculas transportam coisas diferentes de um lugar para outro, ou há outros processos acontecendo? ", disse Saha." Este método pode diferenciar especificamente entre fluxo e difusão em três dimensões. "

p Os pesquisadores usaram um microscópio de interferometria, que mede a distância que a luz viaja em nanoescalas. As moléculas emitem fótons que viajam como ondas de luz, cada um com amplitudes e frequências específicas. Para o experimento, o microscópio dividiu um feixe de luz em dois feixes que viajaram por caminhos diferentes, eventualmente voltando para se encontrar. Esses feixes se combinam em um prisma, e três reflexos separados de sua combinação são capturados em três câmeras. A interferência é tal que, se uma molécula se move 80 nanômetros, sua imagem é deslocada para uma câmera diferente. Esta é uma resolução extremamente alta - um glóbulo vermelho humano tem cerca de 7, 000 nanômetros de diâmetro. Os pesquisadores mediram a resolução em voxels, que são pixels em três dimensões.

p Saha e Saffarian criaram um gel de sacarose injetado com pontos quânticos - cristais em nanoescala feitos pelo homem que conduzem elétrons. Os pontos quânticos produzem um sinal que o microscópio pode detectar. Ao aprender como os pontos quânticos se movem no gel, os cientistas validaram sua técnica, que poderia então ser aplicado a como as proteínas se movem dentro de uma célula. Eles resfriaram o gel até a temperatura ambiente para reduzir a velocidade da substância a uma taxa que as câmeras pudessem capturar.

p "Você pode realmente ver se as moléculas estão indo em uma direção específica ou se estão se movendo aleatoriamente. E você pode fazer isso em muito, voxels muito pequenos em uma grande seção transversal da amostra, que tem uma grande riqueza de informações, "disse Saffarian. Os cientistas usaram o Centro de Computação de Alto Desempenho da Universidade de Washington para processar grandes quantidades de dados.

p Os pesquisadores mediram por quanto tempo essas ondas de luz "se lembraram" umas das outras calculando a probabilidade de quanto tempo as ondas manteriam sua amplitude e frequência, chamado de coerência. A luz emitida pela mesma molécula aparecerá nas câmeras com a mesma coerência. Eles usaram a função de correlação para descobrir como as moléculas se moviam e em que direção. Se os feixes de luz divididos viajarem em caminhos separados a menos de 10 mícrons de distância um do outro, eles se lembram que vieram da mesma molécula. Quando os feixes de luz se encontram novamente, eles se recombinarão com esse conhecimento. Se eles não têm conhecimento um do outro, eles têm 30% de probabilidade de aparecer em qualquer uma das três câmeras. Se eles se lembram um do outro, eles têm 100% de probabilidade de aparecer em uma câmera, mas uma probabilidade de 0% de aparecer nos outros. Este método mede a luz emitida por milhões de moléculas de uma vez, tornando este método ideal para estudar o fluxo e a difusão através das células e tecidos.

p Melhorando a tecnologia

p Embora este método detecte movimento através de géis viscosos ou membranas plasmáticas, ele é incapaz de criar um mapa de partículas que se movem através de uma célula real. Contudo, Saha e Saffarian estão agora colaborando com pesquisadores da ThermoFisher Scientific (FEI) na Alemanha para construir um protótipo de um microscópio com detectores muito mais rápidos que serão capazes de capturar o movimento dentro de células vivas. Eles fazem parte do pedido de patente da tecnologia e vão analisar os dados dos experimentos.

p “Já podemos usar este método para processos lentos, mas em nosso laboratório, nós somos biólogos em algum nível. Queremos realmente entender como funciona a biologia, e o incentivo por trás de todo esse desenvolvimento de método é entender, qual é a dança maluca das moléculas dentro das células e tecidos que permite que a biologia realmente exótica avance? Para chegar lá, precisamos de detectores muito mais rápidos, "Disse Saffarian.