p Como um jovem físico na ex-União Soviética, Igor Sokolov estudou o maior dos grandes - o universo inteiro. Agora, como professor de engenharia mecânica na Tufts, ele está focado no minúsculo, o nano. Ao aumentar o zoom de maneira, entrada - Sokolov e seus colegas estudam de tudo, desde bactérias a besouros até o nível de nanoescala. Agora ele mudou os olhos para um dos problemas mais antigos da medicina:o câncer. p O instrumento de escolha de Sokolov é o microscópio de força atômica (AFM), que usa sua sonda minúscula em forma de dedo para medir forças minúsculas em uma escala muito pequena, "praticamente entre átomos individuais, "ele diz. Ele descobriu essa tecnologia pela primeira vez como um estudante de graduação que estudava as origens do universo há mais de 20 anos, mais ou menos na época em que o AFM foi inventado. Ele o usou para procurar evidências de partículas elementares teóricas. Quando Sokolov não encontrou nenhum, seu trabalho ajudou a colocar essas idéias para dormir.

p Logo Sokolov voltou o instrumento para questões mais terrenas. Em 1994, como membro do departamento de microbiologia da Universidade de Toronto, ele foi um dos primeiros a usar AFM para estudar bactérias. Olhando para uma bactéria probiótica usada para fazer queijo suíço, Sokolov revelou um processo nunca antes documentado pelo qual a célula repara sua superfície após sofrer danos químicos.

p O experimento também demonstrou a capacidade do AFM de detectar mudanças mecânicas em células vivas em uma resolução sem precedentes - algo que seria útil no trabalho posterior de Sokolov. "Esse foi o começo do meu amor por aplicações biomédicas, "diz Sokolov, que também tem nomeações nos departamentos de engenharia biomédica e física.

p Olhe mais de perto o câncer

p Mais recentemente, Sokolov e seus colegas usaram microscopia de força atômica em algumas das células mais misteriosas de todas - as malignas. A maioria das ferramentas de diagnóstico existentes usa a pegada química das células para identificar o câncer. Em uma série de experimentos nos últimos cinco anos, ele procurou por diferenças físicas entre as células cancerosas e as células saudáveis ​​que poderiam ajudar os médicos a diagnosticar o câncer mais cedo e com mais precisão. A detecção precoce aumenta substancialmente as chances de sobrevivência dos pacientes.

p Ele e seus colaboradores obtiveram alguns resultados promissores em estudos preliminares usando células de câncer cervical e de bexiga - "cânceres em que você pode colher células sem biópsias - métodos muito não invasivos, " ele aponta.

p Em 2009, Sokolov e seus colegas da Clarkson University em Nova York estudaram células saudáveis ​​e doentes que eram virtualmente idênticas, bioquimicamente falando. Em busca de alguma diferença física ou mecânica que possa ajudar a distinguir os dois tipos de células, os pesquisadores descobriram que a camada superficial em torno das células cancerosas - o que Sokolov chama de camada de escova pericelular - era marcadamente diferente das normais.

p "Isso foi definitivamente novo, " ele diz, observando que resultados semelhantes foram publicados recentemente por pesquisadores usando métodos bioquímicos mais tradicionais. "Os autores chamaram essas descobertas de resultado da mudança de paradigma de olhar para o câncer."

p A camada de escova pericelular é algo como o casaco de pele de uma célula, e pode ser semelhante ao de um gato persa ou de um vira-lata sarnento. É na densidade e no tamanho dessa camada de pincel que os pesquisadores encontraram diferenças significativas entre as células cancerosas e as células saudáveis. Em um artigo de 2009 publicado em Nature Nanotechnology , a equipe relatou ter observado uma camada de pincel relativamente uniforme em células saudáveis, enquanto em células cancerosas, eles viram uma camada de pincel de duas camadas, com pêlos longos esparsos e cerdas curtas densas.

p Quando os cientistas polvilharam culturas de células com partículas fluorescentes, eles podiam ver - mesmo a olho nu - que as partículas tinham aderido às células cancerosas, deixando evidências brilhantes da doença.

p "Você não precisa de nenhum dispositivo para ver a diferença. Ele criou um gradiente visível muito forte para as células cancerosas, "Sokolov diz.

p Esse fato acabou sendo mais interessante do que útil como ferramenta de diagnóstico, no entanto. Isso porque as células suspeitas precisam ser cultivadas em um prato - e os cientistas já podem identificar as células cancerosas simplesmente observando-as crescer.

p A Bomba-Relógio Fractal

p Portanto, a equipe de Sokolov procurou outros parâmetros que pudessem alertar os patologistas sobre a presença de câncer. Depois de testar muitas características celulares, os pesquisadores encontraram uma variação chave, um traço denominado "dimensionalidade fractal".

p Fractais são definidos como padrões "auto-semelhantes" que parecem iguais em várias escalas. Eles ocorrem com freqüência na natureza. Pense em uma árvore:os galhos com folhas mais finas repetem os padrões dos galhos mais largos abaixo. Eles têm a mesma aparência quando você aumenta ou diminui o zoom; você perde o senso de escala sem outro objeto para alertá-lo.

p "Os fractais normalmente ocorrem na natureza a partir de um comportamento caótico. O câncer também foi associado ao caos. Portanto, muitos pesquisadores previram conexão entre câncer e fractais, "Sokolov explica.

p E quando sua equipe usou AFM para observar a superfície das células, os pesquisadores viram praticamente uma diferença de 100 por cento na dimensionalidade fractal das células normais e cancerosas, uma descoberta que relataram no jornal Cartas de revisão física em 2011.

p Mais recentemente, Sokolov e seus colegas foram capazes de determinar que esta geometria fractal ocorre durante um período específico, fase intermediária da progressão do câncer. Os resultados - recentemente enviados para publicação - podem um dia ajudar os médicos não apenas a diagnosticar a doença, mas também a monitorar sua progressão.

p "Até agora, o que vimos é bastante preciso, muito mais preciso do que tudo o que está disponível aos médicos para diagnosticar o câncer cervical hoje, "diz Sokolov. Ele observa que o teste de Papanicolaou comum tende a revelar falsos positivos e perder cânceres iniciais.

p Embora o teste tenha reduzido as taxas de mortalidade desde a sua introdução, nunca foi objeto de um ensaio clínico randomizado - o padrão ouro da pesquisa científica - e não existem definições universalmente aceitas dos resultados do teste, de acordo com o National Cancer Institute.

p "Ainda tem precisão insuficiente, levando a biópsias desnecessárias caras e desagradáveis, "diz Sokolov.

p A pesquisa do câncer é apenas um dos vários projetos que Sokolov e seus dois pós-doutorandos, juntamente com quatro estudantes de graduação - dois engenheiros mecânicos e dois engenheiros biomédicos - estão em andamento em seus laboratórios na Avenida Boston 200.

p O grupo, com colaboradores do Tufts Medical Center, Dartmouth College e instituições em todo Boston, também está procurando outras abordagens nanotecnológicas para diagnosticar o câncer. Eles já desenvolveram uma alta resolução, teste de alta velocidade que poderia eventualmente levar a uma nova maneira de estudar as alterações nas células quando se tornam malignas. Pensando mais no longo prazo, Sokolov sugere a ideia de uma nanopartícula patrulhando o corpo e que pode mudar de cor ao detectar algo ruim.

p "Como uma bomba-relógio, algumas dessas células se tornarão cancerosas, "ele diz." Nos estágios iniciais, câncer é facilmente morto, portanto, o diagnóstico precoce pode ajudar a erradicá-lo. "