p A Universidade da Califórnia, A Nanofabrication Cleanroom Facility (Nano3) de San Diego é a primeira instituição a obter um novo microscópio de feixe duplo FEI Scios, com uma adaptação para uso em temperaturas criogênicas. O novo microscópio permitirá a pesquisa entre uma base de usuários altamente diversificada, variando da ciência dos materiais à biologia estrutural e molecular. p Como explica o Diretor Técnico da Nano3, Bernd Fruhberger:"Há um grande interesse em utilizar este instrumento entre professores de vários departamentos. Os Departamentos de Nanoengenharia, Engenharia de Materiais e Aeroespacial, Engenharia Elétrica e de Computação, Química, Todas as áreas de Física e Biologia da UC San Diego têm projetos que precisam dessa ferramenta, e têm estado ativamente envolvidos em tornar a aquisição da ferramenta uma realidade.

p "O instrumento oferece recursos de última geração para corte transversal, preparação de seções para Microscopia Eletrônica de Transmissão e muito mais, " ele adiciona, "mas o que realmente o diferencia é a nova capacidade criogênica, o que tornará possível aos biólogos celulares ver as estruturas das células biológicas em alta resolução para entender melhor como as células funcionam em um nível molecular. Isso pode abrir caminho para novos tratamentos e descoberta de medicamentos. "

p Elizabeth Villa, um novo professor assistente no Departamento de Química e Bioquímica da UC San Diego, junto com seus colegas do Instituto Max Planck de Bioquímica da Alemanha, adaptou um microscópio de feixe de íons focalizado para aplicações biológicas durante seus estudos de pós-doutorado. O design foi adotado pela empresa holandesa FEI em um protótipo inédito que Villa desenvolverá posteriormente na UC San Diego em colaboração com a empresa.

p Villa observa que a UC San Diego tem uma tradição acadêmica estabelecida na área de imagem molecular - mais notavelmente refletida no trabalho do bioquímico Roger Tsien. Tsien ganhou o Prêmio Nobel de Química de 2008 pela descoberta e desenvolvimento da proteína fluorescente verde, que revolucionou os campos da biologia celular e da neurobiologia ao permitir que os cientistas examinassem o interior das células vivas e observassem seu comportamento em tempo real.

p "O que estou fazendo é semelhante, "explica Villa, "só estou usando microscopia eletrônica, o que nos dá imagens de alta resolução. A ideia por trás do nosso método é reunir pessoas que fazem biologia estrutural com pessoas que fazem biologia celular, usando uma nova ferramenta que nos permitirá ver as estruturas das células, em alta resolução, e entender melhor o que as moléculas estão fazendo. "

p Para explicar a diferença entre a microscopia de luz (que tornou o trabalho de Tsien possível) e seu trabalho em microscopia eletrônica, Villa invoca uma metáfora.

p "A microscopia de luz é como dar lanternas para um monte de gente em uma cidade. Você pode ver onde essas pessoas estão, mas você não pode ver o que está acontecendo ao seu redor. Com microscopia eletrônica, você pode ver as pessoas com lanternas (as moléculas de uma célula) e também as paredes e prédios da cidade (a estrutura da célula). "

p Mas a microscopia eletrônica tem seu lado negativo. Tradicionalmente, para ser visível, as células devem ser preparadas de antemão, secando-as e tingindo-as com o que Villa equivale a uma "camada espessa de tinta". Contudo, a maioria das células são muito espessas para serem estudadas desta forma, e é isso que torna a ferramenta Scios uma virada de jogo:ela permite que Villa contorne a mancha e nanomaquinas as células para reduzi-las à espessura necessária para microscopia eletrônica - cerca de alguns décimos de um mícron - sem criar distorções de amostra e ao mesmo tempo manter a criogênica temperaturas (geralmente a temperatura do nitrogênio líquido).

p Villa acrescenta:"Há pessoas no campus - como o professor de neurociência Mark Ellisman - que fazem um trabalho magnífico projetando e usando esses tipos de manchas, mas quando o objetivo é obter uma imagem de alta resolução das células em que a questão envolve a determinação de detalhes estruturais, você deseja evitar ter essa camada extra sobre eles. Seria como colocar uma camada de tinta no rosto e depois tentar contar quantos cílios você tem. Você estaria fora do mercado. "

p Villa compara o processo de estudo das células (normalmente células eucarióticas, no caso dela) em temperaturas criogênicas para 'congelar rapidamente' a 'cidade' celular em sua metáfora anterior.

p "Tudo na célula congela na posição em que estava para que possamos ter uma visão melhor, "ela diz." Uma coisa que tenho estudado é algo conhecido como complexo de poro nuclear, que é o guardião do núcleo. Ele mantém o DNA dentro do núcleo e longe das outras partes da célula. Se tivéssemos que retirá-lo inteiramente da célula para estudá-lo, não faria muito sentido, é por isso que temos que congelá-lo no lugar.

p "Com técnicas de tomografia crioeletrônica, podemos criar imagens 3D das células chamadas tomogramas, "ela continua." O que eu faço é exatamente equivalente a uma TC (tomografia computadorizada), exceto que as células são um milhão de vezes menores. Podemos pegar essas imagens 3D e vê-las no StarCAVE (do Instituto Qualcomm) ou NexCAVE ampliado e em cores, e tenha uma noção ainda melhor do que está acontecendo. "

p Villa acrescenta que outro benefício da microscopia crioeletrônica é a capacidade de inferir a dinâmica celular ao longo do tempo, "ou o que chamamos em física de 'ergodicidade'. Posso olhar para 3, 000 poros nucleares congelados em momentos diferentes para inferir a dinâmica celular, classificar todas essas informações e, em seguida, fazer previsões. Podemos então fazer um experimento de microscopia de luz in vivo (com uma célula viva) e correlacionar o que vemos com os dados anteriores que coletamos. "

p Villa aponta que, ao usar o feixe duplo Scios para nanomáquina material biológico, ela está, em certo sentido, "sequestrar uma ferramenta que os cientistas de materiais usam o tempo todo na nanofabricação de materiais."

p O microscópio Scios também facilitará a pesquisa planejada da UC San Diego em doenças neurodegenerativas, diz Villa, bem como pesquisas relacionadas ao câncer e doenças cardíacas.

p "Muitos tipos de perturbações ou fenótipos que vêm de doenças ou recuperação de doenças podem ser examinados usando o microscópio Scios, "ela observa." É importante notar que este é um primeiro passo e ainda há muito trabalho a ser feito, mas nos coloca em um lugar realmente excitante, onde pretendemos olhar para as estruturas moleculares em seu contexto natural:do nível da célula ao organismo. "