Notícia

Cientistas conseguem ‘observar’ células com som

Fonte

Caltech | Instituto de Tecnologia da Califórnia

Data

quarta-feira, 11 agosto 2021 06:40

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Bioquímica. Microbiologia.

Se você é um pesquisador que deseja ver como apenas algumas células de um organismo estão se comportando, não é uma tarefa simples. O corpo humano contém aproximadamente 37 trilhões de células; a mosca da fruta voando em torno das bananas maduras em um balcão pode ter 50.000 células. Até mesmo o Caenorhabditis elegans, um minúsculo verme comumente usado em pesquisas biológicas, pode ter até 3.000 células. Então, como você monitora algumas regiões microscópics em meio a toda essa complexidade?

Cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, que trabalham no laboratório do Dr. Mikhail G. Shapiro, professor de Engenharia Química e pesquisador do Heritage Medical Research Institute, encontraram uma maneira.

A nova técnica faz uso dos chamados genes repórteres acústicos, dos quais o professor Shapiro foi um desenvolvedor pioneiro. Para entender os genes repórteres acústicos, primeiro precisamos saber que os ‘genes repórteres’ são um fragmento especializado de DNA que os pesquisadores podem inserir no genoma de um organismo para ajudá-los a entender o que ele está fazendo. Historicamente, os genes repórteres codificam proteínas fluorescentes. Por exemplo, se um pesquisador insere um desses genes repórteres ao lado de um gene que deseja estudar – digamos, o gene responsável pelo desenvolvimento dos neurônios – a ativação desses genes neuronais também produzirá moléculas de proteínas fluorescentes. Quando o tipo certo de luz incide sobre essas células, elas se acendem, como um marcador de texto pode marcar uma passagem específica em um livro.

No entanto, esses genes repórteres fluorescentes têm uma grande desvantagem: a luz não penetra profundamente nos tecidos vivos.

Portanto, o professor Shapiro desenvolveu genes repórteres que usam som em vez de luz. Esses genes, quando inseridos no genoma de uma célula, fazem com que ela produza estruturas microscópicas de proteínas ocas conhecidas como vesículas de gás. Essas vesículas são normalmente encontradas em certas espécies de bactérias que as usam para se manter à tona na água, mas também têm a propriedade útil de “zumbir” quando atingidas por ondas de ultrassom.

A ideia é que, quando uma célula que produz essas vesículas tiver a imagem capturada por ultrassom, ela enviará um sinal acústico anunciando sua presença, permitindo que os pesquisadores vejam onde está e o que está fazendo. Esta técnica foi usada para mostrar a atividade de enzimas em células em trabalhos anteriores do laboratório do professor Shapiro.

Em seu último artigo, a equipe de pesquisa descreve como aumentou tanto a sensibilidade dessa técnica a ponto de agora poder criar imagens de uma única célula, localizada dentro do tecido corporal, que carrega um gene repórter acústico.

“Em comparação com o trabalho anterior sobre vesículas de gás, este artigo nos permite ver quantidades muito menores dessas vesículas de gás”, disse Daniel Sawyer, autor principal e ex-aluno de doutorado em Bioengenharia no Laboratório do professor Shapiro. “É como passar de um satélite que pode ver as luzes de uma pequena cidade para outro que pode ver as luzes de um único poste”, explicou o pesquisador.

Suas melhorias representam um aumento de mais de 1000 vezes na sensibilidade em relação à técnica anterior que eles usaram para imagens de células que carregam os genes repórteres acústicoa. A diferença está no ultrassom que eles usam e como as vesículas de gás respondem a ele.

Enquanto a técnica de imagem anterior dependia das vesículas soando como um sino que foi atingido, a nova técnica usa um ultrassom mais forte que “estala” as vesículas como um balão.

Esse sinal é tão claro que pode ser facilmente detectado pelos pesquisadores, mesmo em meio a todo o ruído de fundo produzido pelo ultrassom que penetra no tecido. O professor Shapiro disse que um trabalho recente em cepas de bactérias injetáveis ​​que atacam as células cancerosas, ou bactérias que “geram tumores”, cria a necessidade de melhores maneiras de rastrear essas células para ver onde elas param. Os pesquisadores mostraram que, quando a bactéria também foi projetada para transportar o gene da vesícula de gás, foi possível rastrear células bacterianas individuais conforme elas entravam e viajavam pelo fígado após serem injetadas na corrente sanguínea.

Os resultados foram publicados na revista científica Nature Methods.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Caltech (em inglês).

Fonte: Emily Velasco, instituto de Tecnologia da Califórnia. Imagem: Células individuais viajando pelo fígado de um camundongo são destacadas por uma nova técnica de imagem desenvolvida no laboratório do professor Mikhail Shapiro, no Caltech. Fonte: Caltech/Daniel Sawyer, Laboratório do Prof. Dr. Mikhail Shapiro.

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