p As sondas microscópicas desenvolvidas na Rice University simplificaram o processo de medição da atividade elétrica em células individuais de pequenos animais vivos. A técnica permite que um único animal, como um verme, seja testado repetidamente e pode revolucionar a coleta de dados para caracterização de doenças e interações medicamentosas. p O laboratório Rice do engenheiro elétrico e de computação Jacob Robinson inventou "matrizes de eletrodos suspensos em nanoescala" - em nano-SPEARs - para dar aos pesquisadores acesso a sinais eletrofisiológicos das células de pequenos animais sem feri-los. Nano-SPEARs substituem eletrodos de pipeta de vidro que devem ser alinhados manualmente cada vez que são usados. "

p Um dos gargalos experimentais no estudo do comportamento sináptico e doenças degenerativas que afetam a sinapse é realizar medições elétricas nessas sinapses, "Robinson disse." Nós começamos a estudar grandes grupos de animais em muitas condições diferentes para rastrear drogas ou testar diferentes fatores genéticos que se relacionam com erros de sinalização nessas sinapses. "

p A pesquisa é detalhada esta semana em Nature Nanotechnology .

p O trabalho inicial de Robinson na Rice se concentrou em alta qualidade, caracterização elétrica de alto rendimento de células individuais. A nova plataforma adapta o conceito para sondar as células de superfície dos nematóides, vermes que constituem 80% de todos os animais da Terra.

p Muito do que se sabe sobre a atividade muscular e a transmissão sináptica nos vermes vem dos poucos estudos que usaram pipetas de vidro alinhadas manualmente para medir a atividade elétrica de células individuais, Disse Robinson. Contudo, essa técnica de patch clamp requer cirurgia invasiva e demorada que pode afetar negativamente os dados coletados de pequenos animais de pesquisa.

p A plataforma desenvolvida pela equipe de Robinson funciona como uma cabine de pedágio para vermes viajantes. À medida que cada animal passa por um canal estreito, ele é temporariamente imobilizado e pressionado contra uma ou várias nano-LANÇAS que penetram em seus músculos da parede corporal e registram a atividade elétrica de células próximas. Esse animal é então solto, o próximo é capturado e medido, e assim por diante. Robinson disse que o dispositivo provou ser muito mais rápido de usar do que as técnicas tradicionais de medição eletrofisiológica de células.

p Os nano-SPEARs são criados usando procedimentos padrão de deposição de filme fino e feixe de elétrons ou fotolitografia e podem ser feitos de menos de 200 nanômetros a mais de 5 mícrons de espessura, dependendo do tamanho do animal a ser testado. Como as nano-SPEARs podem ser fabricadas em silício ou vidro, a técnica combina facilmente com microscopia de fluorescência, Disse Robinson.

p Os animais adequados para sondar com uma nano-SPEAR podem ter vários milímetros, como a hidra, primos da água-viva e o assunto de um estudo futuro. Mas os nematóides conhecidos como Caenorhabditis elegans eram práticos por várias razões:primeiro, Robinson disse, eles são pequenos o suficiente para serem compatíveis com dispositivos microfluídicos e eletrodos de nanofios. Segundo, havia muitos deles no corredor do laboratório do colega de Rice, Weiwei Zhong, que estuda nematóides como transparentes, modelos facilmente manipulados para vias de sinalização que são comuns a todos os animais.

p "Eu costumava evitar medir eletrofisiologia porque o método convencional de patch clamping é tão tecnicamente desafiador, "disse Zhong, professor assistente de bioquímica e biologia celular e co-autor do artigo. "Apenas alguns alunos de graduação ou pós-doutorado podem fazer isso. Com o dispositivo de Jacob, até mesmo um estudante de graduação pode medir eletrofisiologia. "

p "Isso combina perfeitamente com a fenotipagem de alto rendimento que ela faz, "Robinson disse." Ela agora pode correlacionar fenótipos locomotores com atividade nas células musculares. Acreditamos que isso será útil para estudar doenças degenerativas centradas nas junções neuromusculares. "

p Na verdade, os laboratórios começaram a fazer isso. "Agora estamos usando essa configuração para traçar o perfil de vermes com modelos de doenças neurodegenerativas, como o mal de Parkinson, e fazer a triagem de drogas que reduzem os sintomas, "Zhong disse." Isso não seria possível usando o método convencional.

p Os testes iniciais em modelos de C. elegans para esclerose lateral amiotrófica e doença de Parkinson revelaram pela primeira vez diferenças claras nas respostas eletrofisiológicas entre os dois, os pesquisadores relataram. O teste de eficácia de drogas será auxiliado pela nova capacidade de estudar pequenos animais por longos períodos. "O que podemos fazer, pela primeira vez, é observar a atividade elétrica durante um longo período de tempo e descobrir padrões interessantes de comportamento, "Robinson disse.

p Alguns vermes foram estudados por até uma hora, e outros foram testados em vários dias, disse o autor principal Daniel Gonzales, um estudante de pós-graduação de Rice no laboratório de Robinson que se encarregou de pastorear nematóides por meio de dispositivos microfluídicos.

p "Foi, de certa forma, mais fácil do que trabalhar com células isoladas porque os vermes são maiores e bastante resistentes, "Gonzales disse." Com células, se houver muita pressão, eles morrem. Se eles baterem em uma parede, eles morrem. Mas os vermes são realmente resistentes, então era apenas uma questão de colocá-los contra os eletrodos e mantê-los lá. "

p A equipe construiu matrizes microfluídicas com vários canais que permitiram o teste de muitos nematóides de uma só vez. Em comparação com as técnicas de patch-clamping que limitam os laboratórios a estudar cerca de um animal por hora, Robinson disse que sua equipe mediu até 16 nematóides por hora.

p "Por se tratar de uma tecnologia baseada em silício, fazer matrizes e produzir câmaras de gravação em grandes números torna-se uma possibilidade real, " ele disse.