As partículas Microlaser surgiram como sondas ópticas exclusivas para rastreamento de uma única célula. Contudo, devido à direcionalidade inerente das emissões de laser, o rastreamento de células com partículas de laser sofre com a perda frequente de traços de células. Recentemente, cientistas da Harvard Medical School e da Peking University colocaram partículas de laser visíveis omnidirecionais em células vivas, e demonstrou rastreamento espacial contínuo de células individuais. A técnica vai abrir novos caminhos para a análise de uma única célula em grande escala no estudo da heterogeneidade celular.

As partículas de laser são lasers de micrômetro e nanômetro na forma de partículas dispersíveis em solução aquosa, que têm atraído considerável interesse nas ciências da vida como uma nova e promissora sonda óptica. Partículas de laser emitem luz brilhante com largura de banda espectral extremamente estreita. Ao transferir partículas de laser para células vivas, como mostrado na Figura 1, células individuais em uma população heterogênea podem ser rastreadas usando a impressão digital espectral específica de cada partícula intracelular como um código de barras opticamente legível. Contudo, partículas de laser emitem luz direcional (Figura 2) e se dispersam livremente dentro das células vivas, sua orientação varia aleatoriamente ao longo do tempo. Portanto, a leitura óptica desses rótulos resulta em piscar 'semelhante a um farol', levando à perda frequente de vestígios de células.

Em um novo artigo publicado em Light:Ciência e Aplicações , cientistas do grupo do professor Seok-Hyun Yun na Harvard Medical School, e o grupo do professor Yun-Feng Xiao na Universidade de Pequim demonstra o rastreamento de uma única célula com partículas de laser intracelulares projetadas para emitir quase homogeneamente em todas as direções. A emissão de laser omnidirecional é obtida através da incorporação de dispersão de luz na cavidade do microdisco, o que reduz as flutuações de intensidade dependentes da orientação em duas ordens de magnitude (Figura 2), permitindo o rastreamento sem piscar de células individuais sob as mesmas condições em que a tecnologia existente sofre de falhas frequentes de rastreamento. A técnica relatada abrirá novos caminhos para análise de célula única em grande escala, e facilitar outras aplicações de partículas de laser, como detecção celular e bioquímica e análise de célula única em microfluídica.

Esses cientistas resumem o princípio de marcação de uma única célula das partículas de laser:"Normalmente, pesquisadores usam sondas fluorescentes para marcar células específicas, mas apenas algumas cores podem ser usadas ao mesmo tempo antes que a sobreposição espectral se torne um problema. Partículas de laser são minúsculos lasers que podem ser inseridos dentro de células vivas. Esses minúsculos lasers podem ser projetados para produzir muito mais cores distintas. As partículas de laser intracelular com uma cor específica se moverão com as células vivas, e, portanto, células individuais podem ser rastreadas enquanto se movem por meio de amostras biológicas complexas, "disse o Dr. Shui-Jing Tang, um ex-aluno visitante na Harvard Medical School e um atual pesquisador de pós-doutorado em Boya na Universidade de Pequim.

"Infelizmente, partículas de laser emitem luz em uma direção específica. Quando as partículas giram livremente ao longo do tempo conforme a célula se move, seu brilho aparente, como visto por um fotodetector, muda dramaticamente. Desenvolvemos um novo tipo de partícula de laser que emite luz em todas as direções. Portanto, os traços de células espaciais podem ser rastreados continuamente, não importa como cada partícula foi orientada dentro de uma célula, "acrescentou Paul Dannenberg, um estudante de graduação na Harvard Medical School.

"A técnica apresentada torna possível detectar e identificar partículas de laser de forma confiável ao longo do tempo em aplicações de rastreamento de células, que poderia permitir a análise de uma única célula em grande escala em espécimes biológicos complexos. Além de rastreamento de células, nosso trabalho facilitará outras aplicações de partículas de laser, como detecção celular e bioquímica e análise de célula única em microfluídica, "disse o Dr. Andreas Liapis, bolsista de pesquisa na Universidade de Harvard.