Quando os biólogos estudam as células sob um microscópio, eles as observam em superfícies planas que não são nada parecidas com o ambiente dentro do corpo humano. Agora, pesquisadores da NTNU descobriram uma maneira de imitar alguns aspectos do ambiente nativo de uma célula usando minúsculos pilares de polímero. Seu trabalho, financiado pelo Conselho de Pesquisa da Noruega, é publicado na revista Nanoscale Research Letters .
"As células do corpo humano estão inseridas em uma matriz complexa de moléculas", diz Pawel Sikorski, professor do Departamento de Física da NTNU. Esse ambiente - conhecido como matriz extracelular - é uma rede de suporte dinâmica para as células, fornecendo não apenas andaimes físicos para o crescimento de tecidos e órgãos, mas também transmitindo sinais para ajudar as células a se comunicarem. Embora retirar as células da matriz extracelular e colocá-las em superfícies planas de vidro permita que os pesquisadores as estudem em laboratório, isso significa que podemos estar perdendo a observação de muitos processos celulares.

"O vidro é muito duro e a célula sentirá que o substrato não se deforma ao tentar puxá-lo", diz Sikorski. "Isso induz certos tipos de comportamento e também induz certos tipos de processos nas células. Elas se comportarão de forma diferente se forem colocadas em algo elástico e macio e que possa ser deformado e remodelado."

Isso significa que, se os pesquisadores quiserem entender como as células se comportam em seu ambiente nativo, eles precisam de um substrato que reproduza a biologia mais de perto. A incorporação de células em hidrogéis – por exemplo, redes 3D de polímeros semelhantes a gelatina – é uma opção. Mas estudar células dentro de um hidrogel não é tão fácil quanto observá-las em uma simples lâmina de vidro sob um microscópio óptico. "Se você quiser ver o que está acontecendo, fica bastante desafiador", diz Sikorski.

Criando estruturas em um filme fino de polímero

Imitando alguns dos aspectos mecânicos de substratos mais macios com nanoestruturas é uma maneira possível de resolver esse problema - e é exatamente isso que Sikorski e Ph.D. Jakob Vinje, em colaboração com as biólogas celulares Noemi Antonella Guadagno e Cinzia Progida, da Universidade de Oslo. Vinje cobriu lâminas de vidro em pequenos pilares feitos de um polímero conhecido como SU-8. Esses nanopilares - cada um medindo apenas 100 nanômetros de diâmetro na ponta - foram feitos usando litografia por feixe de elétrons no NTNU NanoLab, onde um feixe de elétrons focalizado cria estruturas em um filme fino de polímero.

"Por milímetro quadrado você já tem muitos pilares, e se você quiser estudar células, então precisamos fazer superfícies que sejam pelo menos da ordem de 10 por 10 milímetros", diz Sikorski. "As ferramentas do NTNU NanoLab são essenciais para que isso seja possível."

Os pesquisadores criaram substratos com uma variedade de arranjos nanopilares diferentes e os testaram usando células que produzem proteínas fluorescentes. Observando as células sob um microscópio, os pesquisadores analisaram a forma, o tamanho e a distribuição dos pontos em que a célula se liga às diferentes superfícies.

Pilares bem compactados

Depois de fazer centenas de observações de células nas várias superfícies, os pesquisadores descobriram que substratos com nanopilares compactados imitavam mais de perto uma superfície mais macia. "Se fizermos um substrato com pilares densos, as células se comportarão como se estivessem em um substrato muito mais macio", diz Sikorski.

A beleza dos substratos cobertos com nanopilares é sua simplicidade – em teoria, os biólogos poderiam simplesmente trocar suas lâminas de vidro usuais pelas novas. "Ele tem mais recursos e mais afinação do que um substrato de vidro, mas ainda é relativamente simples", diz Sikorski.

Ele diz que o objetivo final seria que os pesquisadores pudessem "apenas abrir o pacote e tirar um deles, colocar suas células, estudá-lo sob o microscópio e depois jogá-lo fora quando terminarem". No entanto, para que isso se torne realidade, os substratos precisariam ser produzidos às centenas a um custo relativamente baixo.

Até agora, os pesquisadores fizeram apenas um pequeno número de protótipos, mas existem métodos existentes – como uma técnica de baixo custo e alto rendimento para fazer padrões em nanoescala chamados litografia de nanoimpressão – que podem tornar possível a produção em escala dos substratos.

Além de permitir que os biólogos estudem as células de uma nova maneira, os substratos podem ser usados ​​para desenvolver melhores maneiras de rastrear medicamentos. Para encontrar um medicamento que impeça as células de aderirem a uma superfície específica, por exemplo, um substrato coberto por nanopilares poderia imitar essa superfície e testar medicamentos em potencial. + Explorar mais

Extraindo o máximo potencial terapêutico das células