A nanospectroscopia de infravermelho síncrotron foi usada pela primeira vez para medir as alterações biomoleculares induzidas por uma droga (amiodarona) dentro das células humanas (macrófagos) e localizadas na escala de 100 nanômetros, ou seja, duas ordens de magnitude menor do que o comprimento de onda IR usado como sonda. Isso foi alcançado na linha de luz de imagem infravermelha multimodo e microespectroscopia (MIRIAM) (B22) na Diamond Light Source, instalação de síncrotron nacional do Reino Unido.
Este é um importante resultado científico em Ciências da Vida compartilhado por uma equipe internacional, como um tempo de luz colaborativo entre os pesquisadores da Escola de Câncer e Ciências Farmacêuticas do Kings College London, o Departamento de Tecnologia Farmacêutica e Biofarmacêutica da Universidade de Viena, e os cientistas da linha de luz MIRIAM B22 em Diamond.
Seu artigo recente, agora publicado em Química Analítica , é intitulado "Nanospectroscopia IR fototérmica síncrotron de macrófagos fosfolipidose induzida por drogas." Ele descreve a aplicação da chamada Microscopia de Força Atômica Infravermelha de Ressonância Ampliada (RE AFM IR) por Radiação Síncrotron, para interrogar a matéria biológica no nível subcelular, neste caso, um modelo celular de fosfolipidose induzida por drogas (DIPL). Em vez do método tradicional para avaliar DIPL - ou seja, confirmação visual por microscopia eletrônica dos corpos lipídicos ou o uso de técnica de marcação de fluorescência - eles usaram iluminação de banda larga IR por síncrotron Diamond juntamente com detecção de AFM para atingir tanto a especificidade molecular quanto a resolução espacial aprimorada necessária para localizar as alterações metabólicas dentro da célula.
O Dr. Andrew Chan, do King's College London, como investigador principal, explica:"O modelo de estudo com base em macrófagos J774A-1 expostos / não expostos à amiodarona demonstrou claramente que RE AFM IR com radiação síncrotron é capaz de extrair informações moleculares locais de pequenas organelas dentro de uma única célula de uma maneira livre de marcadores. Isso é notável. porque a determinação do conteúdo lipídico em vacúolos é crucial no estudo de DIPL. Isso terá um grande impacto no desenvolvimento de medicamentos inalados, em que DIPL é uma das principais indicações de resposta adversa do corpo a partículas estranhas. "
Mapas topográficos de AFM mostraram que células tratadas com amiodarona tinham citoplasma aumentado, e regiões finas de vesículas colapsadas. Os mapas de infravermelho (IR) de toda a célula foram analisados explorando o sinal geral de IR versus espessura de célula derivada de AFM, também na resolução lateral em torno de 100 nm. A atribuição da banda vibracional do nanospectra também foi possível:todos os picos característicos de lipídios, proteínas, e DNA / RNA foram identificados. Adicionalmente, a razão de bandas e a análise quimiométrica não supervisionada de nanospectra de IR síncrotron das regiões nuclear e perinuclear das células mostraram que o citoplasma das células tratadas com amiodarona tinha intensidades de banda significativamente elevadas nas regiões correspondentes aos grupos fosfato e carbonila, indicando a detecção de corpos de inclusão ricos em fosfolipídios típicos para células com DIPL.
Cientista principal da linha de luz da linha MIRIAM em Diamond e um dos autores do trabalho, Dra. Gianfelice Cinque, diz, "Nosso experimento é - que eu saiba - uma estreia mundial da Nanoespectroscopia IR fototérmica síncrotron em ciências da vida, e provou que a nanoespectroscopia de infravermelho fototérmico pode escanear com sucesso células de mamíferos e revelar a impressão digital molecular interna por meio de todo o espectro de infravermelho, graças à cobertura de banda larga do Synchrotron IR. "
Ele explicou que o sistema de modelo celular e o tratamento com drogas exemplificam a capacidade do método ao co-localizar espacialmente a morfologia e a bioquímica em escala subcelular. O que foi notável foi que a qualidade dos nanospectra alcançada foi tal que as características vibracionais típicas observadas por microscopia IV em células biológicas foram claramente capturadas, mas pela primeira vez em nanoescala, fornecer informações bioquímicas subcelulares de uma maneira livre de rótulos. Ele adiciona, "Essa conquista foi a conclusão de um longo esforço experimental da equipe da linha de luz IR B22 da Diamond - especialmente o trabalho especializado do Dr. Mark Frogley e do Dr. Ioannis Lekkas."
Ele passou a explicar que a excelência da linha de luz MIRIAM (B22) em nano espectroscopia de infravermelho síncrotron - ou seja, Espectroscopia Síncrotron RE-AFM-IR - oferece uma visão química e morfológica única em sub comprimento de onda ou resolução de 100 nm em uma variedade de pesquisas da vida real, especialmente em matéria mole, como efeito microplástico em tecido vivo, fenômenos de superfície antimicrobianos, microfósseis e biogeologia em escala submicrônica, análise de microeletrônica orgânica, materiais microcompósitos e mesoestruturas.
Mais capacidade de pesquisa será oferecida em breve na linha de luz MIRIAM B22, como uma nova estação final nanoIR é esperado a partir de meados de 2021. Além da experiência atual em nanospectroscopia fototérmica de infravermelho síncrotron, a atualização permitirá novos métodos (por exemplo, AFM IR no modo de toque), e complementá-los de forma crucial com microscopia óptica de varredura por espalhamento IR (s-SNOM), empurrando a resolução espacial ainda mais longe na escala de nanômetros de 10s.
