A entrega de materiais experimentais a células individuais com exatidão e exclusividade tem sido uma habilidade indescritível e muito procurada na biologia. Com isso vem a promessa de decifrar muitos segredos antigos da célula.



Uma equipe de pesquisa do Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, Erlangen, liderada pelo professor Vahid Sandoghdar, mostrou agora com sucesso como pequenas moléculas e nanopartículas únicas podem ser aplicadas diretamente na superfície das células.

No estudo, publicado na Nature Methods , os cientistas descrevem a sua técnica como um "μkiss" (microkiss) – um novo método fácil e económico, que abre novas possibilidades na ciência unicelular com vista às aplicações terapêuticas da próxima geração.

As abordagens tradicionais em biologia muitas vezes consideram características de populações celulares inteiras, perdendo as variações sutis nas propriedades de uma célula para outra. Para investigar a biologia com mais precisão no nível celular individual, o desenvolvimento de novas ferramentas e métodos é imperativo.

"Permanece uma lacuna crucial na nossa capacidade de administrar produtos químicos, rótulos e produtos farmacêuticos a células individuais com precisão e controle, em períodos curtos e em minúsculas escalas microscópicas de comprimento", diz o professor Vahid Sandoghdar, diretor do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz. e Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin. O Prof. Sandoghdar e sua equipe têm enfrentado ativamente esse desafio.

'Como um pincel', fácil e econômico de usar

Os pesquisadores desenvolveram uma solução simples, mas elegante, para esse problema:usando duas micropipetas colocadas próximas com uma abertura tão pequena quanto apenas um micrômetro, os cientistas puderam criar uma microgota estável de material nas extremidades da micropipeta, usando uma micropipeta para dispensar o material, enquanto o outro o aspira a uma taxa ligeiramente superior.

"É então como um pincel", diz Richard W. Taylor, pesquisador de pós-doutorado e membro da equipe, acrescentando:"Você pode facilmente manobrar as micropipetas e escovar suavemente esta gota confinada contra a célula escolhida - entregando um minúsculo beijo de material."

Esta implementação simples, utilizando componentes prontamente disponíveis, permite que sua técnica seja facilmente implementada e de baixo custo em qualquer microscópio em laboratórios de orientação biológica.

“A abordagem pragmática e econômica da nossa solução é importante para seu uso na prática”, diz o Prof. Sandoghdar, acrescentando:“A falta de soluções semelhantes atrasou até agora o progresso em direção a novas abordagens terapêuticas no nível unicelular”.

Controle total sobre localização, horário e escala

O novo método coloca o experimentador no controle total. “Com o μkiss, alcançamos uma dimensão completamente nova na aplicação precisa de substâncias às células”, explica Cornelia Holler, doutoranda em Biologia e membro do grupo de pesquisa. Os materiais agora podem ser entregues com precisão a qualquer célula escolhida no nível subcelular, com controle total sobre o tempo e a posição em que o material está em contato com a célula.

“Agora podemos observar processos biológicos completos, como a absorção de ferro pela célula, sem perder um passo – isto permite-nos finalmente juntar as peças do puzzle das características complexas de cada célula individual”, diz Holler.

Recentemente, a equipe conseguiu o posicionamento preciso de uma única partícula semelhante a um vírus em uma célula viva. Esta capacidade experimental cria uma oportunidade para examinar minuciosamente os meandros da propagação da doença, proporcionando controle total sobre a localização, o momento e a extensão da infecção celular.

“A capacidade de beijar abre novos caminhos para estudos quantitativos em biologia celular e medicina”, diz o professor Sandoghdar.

Mais informações: Cornelia Holler et al, Um pincel para entrega de nanopartículas e moléculas a células vivas com controle espaço-temporal preciso, Nature Methods (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02177-x
Fornecido pelo Instituto Max Planck para a Ciência da Luz