Pesquisadores do Brigham and Women's Hospital e do Massachusetts Institute of Technology (MIT) revelaram imagens detalhadas sem precedentes de tecido de câncer cerebral por meio do uso de uma nova tecnologia de microscopia chamada patologia de expansão por decrowding (dExPath).Suas descobertas, publicadas na Science Translational Medicina , fornecem novos insights sobre o desenvolvimento do câncer cerebral, com implicações potenciais para o avanço do diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas agressivas.



“No passado, dependíamos de microscópios caros e de super-resolução que apenas laboratórios muito bem financiados podiam pagar, exigiam treinamento especializado para serem usados ​​e muitas vezes são impraticáveis ​​para análises de alto rendimento de tecidos cerebrais em nível molecular”, disse. Pablo Valdes, MD, Ph.D., ex-aluno residente em neurocirurgia do Brigham e principal autor do estudo. "Essa tecnologia traz imagens confiáveis ​​e de super-resolução para a clínica, permitindo que os cientistas estudem doenças neurológicas em um nível de nanoescala nunca antes alcançado em amostras clínicas convencionais com microscópios convencionais."

Anteriormente, os investigadores dependiam de microscópios dispendiosos e de altíssima resolução para obter imagens de estruturas em nanoescala em células e tecidos cerebrais e, mesmo com a tecnologia mais avançada, muitas vezes tinham dificuldade em capturar eficazmente estas estruturas ao nível da nanoescala.

Ed Boyden, Ph.D., professor Y. Eva Tan em Neurotecnologia no MIT e co-autor sênior deste estudo, começou a abordar esse problema marcando tecidos e, em seguida, modificando-os quimicamente para permitir a expansão física uniforme dos tecidos. No entanto, esta tecnologia de expansão estava longe de ser perfeita. Baseando-se em enzimas conhecidas como proteases para quebrar o tecido, os cientistas descobriram que este tratamento químico com enzimas destruía as proteínas antes que pudessem analisá-las, deixando para trás apenas um esqueleto da estrutura original, retendo apenas os rótulos.

Trabalhando juntos, Boyden e E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., Presidente de Neurocirurgia do Brigham and Women's Hospital e co-autor sênior deste estudo, orientaram Valdes durante seu treinamento como neurocirurgião-cientista, para desenvolver novos produtos químicos com dExPath para resolver as limitações da tecnologia de expansão original.

Sua nova tecnologia modifica quimicamente os tecidos, incorporando-os em um gel e “amolecendo” os tecidos com um tratamento químico especial que separa as estruturas das proteínas sem destruí-las e que permite a expansão dos tecidos. Isto proporcionou descobertas interessantes aos investigadores do MIT e Brigham, que utilizam rotineiramente anticorpos disponíveis comercialmente para se ligarem e iluminarem biomarcadores numa amostra.

Os anticorpos, no entanto, são grandes e muitas vezes não conseguem penetrar facilmente nas estruturas celulares para atingir o seu alvo. Agora, ao separar proteínas com dExPath, esses mesmos anticorpos usados ​​para coloração podem penetrar espaços para ligar proteínas em tecidos que não podiam ser acessados ​​antes da expansão, destacando estruturas de tamanho nanométrico ou mesmo populações de células que estavam anteriormente escondidas.

"O cérebro humano possui vários guardas para se proteger de patógenos e toxinas ambientais. Mas esses elementos tornam o estudo da atividade cerebral um desafio. Pode ser um pouco como dirigir um carro na lama e valas. Não podemos acessar certas estruturas celulares no cérebro por causa das barreiras que ficam no caminho", disse E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., chefe do Departamento de Neurocirurgia do Brigham. "Essa é apenas uma das razões pelas quais esta nova tecnologia pode mudar tanto a prática. Se pudermos obter imagens mais detalhadas e precisas do tecido cerebral, poderemos identificar mais biomarcadores e estar mais bem equipados para diagnosticar e tratar doenças cerebrais agressivas."

Para validar a eficácia do dExPath, a equipe de Boyden e Chiocca aplicou a tecnologia em tecidos cerebrais humanos saudáveis, tecidos cancerígenos cerebrais de alto e baixo grau e tecidos cerebrais afetados por doenças neurodegenerativas, incluindo as doenças de Alzheimer e Parkinson. Os investigadores coraram tecidos para biomarcadores específicos do cérebro e de doenças e capturaram imagens antes e depois de expandir as amostras com dExPath.

Os resultados revelaram expansão uniforme e consistente do tecido sem distorção, permitindo uma análise precisa das estruturas proteicas. Além disso, o dExPath eliminou efetivamente os sinais fluorescentes no tecido cerebral, chamados lipofuscina, o que torna muito difícil a obtenção de imagens de estruturas subcelulares nos tecidos cerebrais, melhorando ainda mais a qualidade da imagem. Além disso, o dExPath forneceu sinais fluorescentes mais fortes para melhorar a marcação, bem como a marcação simultânea de até 16 biomarcadores na mesma amostra de tecido. Notavelmente, a imagem dExPath revelou que os tumores anteriormente classificados como de “baixo grau” continham características e populações de células mais agressivas, sugerindo que o tumor poderia se tornar muito mais perigoso do que o previsto.