Ao combinar dois métodos de microscopia, os pesquisadores da EPFL podem ver o que está acontecendo dentro de uma célula e em sua membrana simultaneamente, dando uma visão sem precedentes dos processos celulares que ocorrem durante a infecção, por exemplo.
As células são o componente fundamental dos organismos vivos e abrigam uma série de fenômenos biológicos complexos. Os pesquisadores precisam ser capazes de estudar esses fenômenos em detalhes para compreender certos tipos de distúrbios e doenças e, então, desenvolver tratamentos eficazes. Mas observar efetivamente células vivas em micro ou nanoescala continua sendo um desafio. Ao combinar dois métodos de microscopia diferentes, pesquisadores da EPFL de dois laboratórios diferentes desenvolveram em conjunto um sistema que pode ser usado para observar células vivas em ação com precisão incomparável. Suas descobertas aparecem em dois artigos:um publicado na Nature Communications em julho e o outro sendo publicado hoje na ACS Nano .

"Os métodos atualmente disponíveis apresentam muitos desafios técnicos para observar células vivas em um nível tão granular", diz Georg Fantner, chefe do Laboratório de Bio- e Nano-Instrumentação (LBNI) da EPFL. "Técnicas como a microscopia eletrônica permitem uma resolução inigualável da superfície da célula em nanoescala, mas requer colocar amostras sob vácuo e bombardeá-las com elétrons. Organismos vivos simplesmente não podem sobreviver a esse tipo de tratamento. Outro método comum é a microscopia de fluorescência. você observa amostras sem destruí-las, ter resolução suficiente para resolver a superfície tridimensional da célula é difícil. Além disso, a dose de fótons necessária pode causar danos às células."

Os pesquisadores da EPFL, portanto, decidiram combinar duas microscopias complementares para observar a superfície celular e a atividade molecular em seu interior, que são minimamente invasivas para células vivas. Eles acoplaram imagens de flutuação óptica estocástica (SOFI), que podem ser usadas para visualizar moléculas e fenômenos direcionados que ocorrem dentro das células, com microscopia de sonda de varredura (ou, mais especificamente, microscopia de condutância iônica de varredura – SICM). A microscopia de sonda de varredura geralmente envolve tocar uma amostra de célula diretamente com uma ponta de sonda para revelar sua superfície e mapear sua topografia. No entanto, o contato mecânico entre a amostra e a ponta é prejudicial para a observação de células vivas, pois perturba o estado nativo das células. A equipe da EPFL, portanto, desenvolveu um microscópio onde a sonda física é substituída por um nanoporo de vidro que mede o fluxo de íons para detectar a superfície da célula sem contato.

É tudo uma questão de interação

A combinação desses dois métodos abre caminho para observações científicas sem precedentes. Enquanto a microscopia de fluorescência dá aos pesquisadores uma espiada dentro das células individuais, a microscopia de condutância iônica de varredura permite que eles gerem imagens topográficas 3D das membranas celulares. O sistema EPFL, portanto, permite que os pesquisadores visualizem o interior e o exterior das células ao mesmo tempo, dando-lhes informações valiosas sobre as ligações entre os fenômenos que ocorrem simultaneamente nesses dois lugares diferentes.

"A membrana de uma célula é o lugar onde ela interage com seu entorno", diz Samuel Mendes Leitão, Ph.D. aluno do LBNI que desenvolveu o microscópio SICM. "É onde ocorrem muitos processos biológicos e mudanças morfológicas, como durante a infecção celular. Nosso sistema permite que os pesquisadores analisem arranjos moleculares dentro da célula e mapeiem como eles se correlacionam com a dinâmica da membrana. ser capaz de criar imagens continuamente em nanoescala por longos períodos é um dos principais desafios na microscopia de células vivas, pois as células são muito sensíveis a pequenas perturbações."

Qualidade de imagem aprimorada

Vytautas Navikas, Ph.D. estudante do Laboratório de Biologia em Nanoescala da EPFL (LBEN), desenvolveu os componentes ópticos do sistema:"Outro benefício da combinação dos dois métodos é que melhora incrivelmente a qualidade da imagem. Agora podemos observar processos celulares com resolução muito maior."

A equipe da EPFL acredita que seu sistema, que pode ser usado para observar fenômenos como motilidade celular, diferenciação e comunicação célula-célula, abre muitos novos caminhos de pesquisa. Pode ser extremamente útil em biologia de infecções, imunologia e neurobiologia – campos em que é importante entender como uma célula reage em tempo real a um estímulo externo.

Este estudo também é um bom exemplo do tipo de avanço que pode acontecer quando pesquisadores de dois laboratórios diferentes da EPFL entram em contato e reúnem seus conhecimentos em busca de um objetivo comum. + Explorar mais

Uma olhada nas células vivas até moléculas individuais