Notícia

Imagens de nanoplasmônica revelam secreção de proteínas em tempo real

Fonte

EPFL | Escola Politécnica Federal de Lausanne

Data

sábado, 15 abril 2023 17:10

Áreas

Biologia. Biomedicina. Física Médica. Imagens Médicas. Metabolismo. Microbiologia. Nanotecnologia.

Secreções celulares como proteínas, anticorpos e neurotransmissores desempenham um papel essencial na resposta imune, metabolismo e comunicação entre as células. Compreender as secreções celulares é fundamental para o desenvolvimento de tratamentos de doenças, mas os métodos atuais são capazes apenas de relatar a quantidade de secreções, sem detalhar quando e onde elas são produzidas.

Recentemente, pesquisadores do Laboratório de Sistemas BIOnanofotônicos (BIOS) da Escola de Engenharia da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) e da Universidade de Genebra, na Suíça, desenvolveram uma nova abordagem de imagem óptica que fornece uma visão quadridimensional das secreções celulares no espaço e no tempo. Ao colocar células individuais em poços microscópicos em um chip folheado a ouro nanoestruturado e, em seguida, induzir um fenômeno chamado ressonância plasmônica na superfície do chip, eles são capazes de mapear as secreções à medida que são produzidas, enquanto observam a forma e o movimento das células.

Como fornece uma visão detalhada sem precedentes de como as células funcionam e se comunicam, os cientistas acreditam que seu método, recentemente publicado na revista científica Nature Biomedical Engineering, tem um potencial ‘tremendo’ para o desenvolvimento farmacêutico, bem como para a pesquisa fundamental.

“Um aspecto fundamental do nosso trabalho é que ele nos permite rastrear células individualmente com alto rendimento. Medições coletivas da resposta média de muitas células não refletem sua heterogeneidade… e na biologia, tudo é heterogêneo, desde respostas imunes até células cancerígenas. É por isso que o câncer é tão difícil de tratar”, disse a Dra. Hatice Altug, chefe do Laboratório BIOS da EPFL.

Um milhão de elementos sensores

No centro do método dos cientistas está um chip nanoplasmônico de 1 cm² composto por milhões de pequenos orifícios e centenas de câmaras para células individuais. O chip é feito de um substrato de ouro nanoestruturado coberto por uma fina malha de polímero. Cada câmara é preenchida com um meio celular para manter as células vivas e saudáveis durante a geração de imagens.

“As secreções celulares são como as palavras da célula: elas se espalham dinamicamente no tempo e no espaço para se conectar com outras células. Nossa tecnologia captura a heterogeneidade chave em termos de onde e quão longe essas ‘palavras’ viajam”, disse Saeid Ansaryan, doutorando no Laboratório BIOS e primeiro autor do artigo.

A parte nanoplasmônica entra graças a um feixe de luz, que faz os elétrons de ouro oscilarem. A nanoestrutura é projetada para que apenas certos comprimentos de onda possam penetrá-la. Quando algo – como a secreção de proteínas – ocorre na superfície do chip para alterar a luz que passa, o espectro muda. Um sensor de imagem CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) e um LED traduzem essa mudança em variações de intensidade nos pixels CMOS.

“A beleza do nosso aparelho é que os nanofuros distribuídos por toda a superfície transformam cada ponto em um elemento sensor. Isso nos permite observar os padrões espaciais das proteínas liberadas, independentemente da posição da célula”, disse Saeid Ansaryan.

O método permitiu aos cientistas obter um vislumbre de dois processos celulares essenciais – divisão celular e morte celular – e estudar delicadas células B de doadores humanos que secretam anticorpos.

“Vimos o conteúdo celular liberado durante duas formas de morte celular, apoptose e necroptose. Nesta última forma, o conteúdo é liberado em rajada assimétrica, resultando em uma assinatura de imagem ou impressão digital. Isso nunca foi mostrado no nível de célula única”, concluiu a Dra. Hatice Altug.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne.

Fonte: Celia Luterbacher, EPFL. Imagem: Célula única em um chip. Fonte: Laboratório BIOS, EPFL.

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