Imagem microscópica de uma célula do músculo cardíaco com um minúsculo laser embutido emitindo luz verde brilhante. As fitas brancas arqueando através da célula são parte da máquina que permite que as células do coração se contraiam. A análise da cor da luz emitida pelos lasers embutidos permitiu observar o funcionamento desse maquinário de uma forma inédita, com importantes implicações futuras para a compreensão das doenças cardíacas. Crédito:University of St Andrews
Parece ficção científica - mas lasers batendo no ritmo de um coração vivo é exatamente o que os pesquisadores da Universidade de St Andrews desenvolveram para melhorar a compreensão da insuficiência cardíaca e ajudar a desenvolver tratamentos mais eficazes.
Liderando uma equipe interdisciplinar de cientistas, Dr. Marcel Schubert e Professor Malte Gather da Escola de Física e Astronomia e Dra. Samantha Pitt da Escola de Medicina da Universidade de St Andrews, lasers minúsculos incorporados em células cardíacas individuais, e analisando a luz que esses lasers produzem, eles monitoraram as contrações do músculo cardíaco.
A pesquisa, publicado em Nature Photonics hoje, vem no ano em que o laser marca 60 anos desde sua invenção.
Para verificar a função do coração, médicos medem o pulso de um paciente, medir a pressão arterial, ou faça um eletrocardiograma (ECG) que fornece informações sobre a função e o ritmo do coração como um todo, mas fornece poucas informações sobre o que acontece nas diferentes partes do coração.
Ecocardiogramas e outros métodos sofisticados podem fornecer mais informações locais, mas mais avanços, em particular para tratamentos que exploram células-tronco ou tecido transplantado, exigirá acompanhar as contrações das células individuais que formam o músculo cardíaco.
Conseguindo isso, pelo menos em modelos animais usados rotineiramente para estudar condições críticas do coração comumente vistas em pacientes humanos, promete uma melhor compreensão e, portanto, um tratamento mais eficaz.
Células cardíacas pulsantes fluorescentes com microlaser. Crédito:University of St Andrews
Lasers são amplamente usados em imagens biomédicas, resolvendo detalhes cada vez mais sutis da vida, incluindo detalhes de mapeamento nas células do coração. Mas como os lasers geralmente são grandes e consomem muita energia, eles se sentam fora do coração e só podem enviar sua luz para a superfície do tecido biológico, o que limita severamente o quão profundo eles podem olhar.
Neste último trabalho, lasers minúsculos foram colocados dentro do coração, onde atuaram como sondas microscópicas. A cada batida do coração, a cor da luz que esses lasers emitem mudou em uma quantidade pequena, mas claramente detectável, codificando assim com precisão as contrações das células do coração ao longo do tempo.
Dr. Marcel Schubert, um Royal Society Research Fellow na Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, disse:"A mudança de cor veio como uma grande surpresa e acredita-se que seja causada por uma mudança anteriormente não reconhecida na maquinaria celular das células do músculo cardíaco."
Professor Malte Gather, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, disse:"Os dados que nossos lasers fornecem são semelhantes aos registros do ECG do seu médico. Mas, em nosso caso, ele contém informações mecânicas sobre o funcionamento interno de uma única célula, e vem das profundezas do tecido do que outros microscópios ópticos podem ver hoje. "
Embora a pesquisa ainda esteja em seus primeiros dias, o presente estudo prova que os lasers podem resolver processos dinâmicos rápidos dentro de células vivas individuais e corações inteiros. Mais trabalho será necessário antes que o novo método possa ser aplicado rotineiramente em laboratórios de pesquisa em todo o mundo, mas a equipe está otimista de que os lasers nas células são um esteio.
Os microlasers podem ser facilmente produzidos na casa dos milhões e comparados a muitos microscópios modernos, a infraestrutura adicional necessária para analisar a emissão de laser é relativamente barata e, para permitir que outros laboratórios usem e modifiquem seus métodos, a equipe fez todos os seus protocolos e o software que converte a saída do laser em um ECG óptico disponível gratuitamente.
A equipe de pesquisa já está trabalhando em seu próximo marco de transformar um nanolaser recentemente desenvolvido em um sensor óptico para a contração do coração. Sendo 1, 000 vezes menor do que os microlasers usados no estudo atual, esses lasers aumentarão ainda mais a versatilidade e a biocompatibilidade, abrindo assim o caminho para aplicações do novo método em estudos de longo prazo e em terapias cardíacas clinicamente relevantes.
