Os pesquisadores Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura e Takuro Ideguchi, da Universidade de Tóquio, desenvolveram um microscópio capaz de detectar sinais em uma faixa de intensidade quatorze vezes mais ampla do que a de instrumentos padrão. O sistema também funciona de maneira livre de marcadores, ou seja, não depende de corantes adicionais. Essa abordagem gentil permite que as células permaneçam intactas durante a imageria de longo prazo, o que pode beneficiar testes e controle de qualidade em ambientes farmacêuticos e biotecnológicos. O estudo foi publicado na Nature Communications.
Os microscópios têm impulsionado o progresso científico desde o século XVI, mas melhorias significativas frequentemente exigiram ferramentas cada vez mais especializadas. À medida que as técnicas se tornaram mais avançadas, também surgiram compensações no que podiam medir. A microscopia de fase quantitativa (QPM) utiliza luz retroespalhada para visualizar estruturas em microescala (neste estudo, acima de 100 nanômetros), o que a torna útil para capturar imagens fixas de características celulares complexas. No entanto, a QPM não consegue detectar partículas muito pequenas. A microscopia de dispersão interferométrica (iSCAT) funciona de forma diferente, capturando luz retroespalhada e consegue detectar estruturas tão pequenas quanto proteínas únicas. Embora a iSCAT permita que os pesquisadores “rastreem” partículas individuais e observem mudanças rápidas dentro das células, ela carece da visão mais ampla oferecida pela QPM.
Capturando Duas Direções de Luz ao Mesmo Tempo
“Eu gostaria de entender processos dinâmicos dentro de células vivas usando métodos não invasivos”, diz Horie, um dos primeiros autores.
Motivada por esse objetivo, a equipe examinou se coletar luz de ambas as direções ao mesmo tempo poderia preencher a lacuna e revelar atividades em uma ampla gama de tamanhos e movimentos em uma única imagem. Para explorar a ideia e confirmar que seu microscópio funcionava como esperado, observaram como as células se comportavam durante a morte celular. Em um experimento, capturaram uma imagem que continha informações tanto da luz viajando para frente quanto da luz retroespalhada.
Separando Sinais Sobrepostos
“Nosso maior desafio”, explica Toda, outro primeiro autor, “era separar de forma limpa dois tipos de sinais de uma única imagem, mantendo o ruído baixo e evitando sua mistura.”
Os pesquisadores conseguiram identificar o movimento de estruturas celulares maiores (micro) bem como partículas muito menores (nano). Comparando os padrões de luz retroespalhada e da luz viajando para frente, puderam estimar o tamanho de cada partícula e seu índice de refração, que descreve o quanto a luz curva ou se espalha ao passar por um material.
Aplicações Futuras para Partículas Menores
“Planejamos estudar partículas ainda menores”, diz Toda, já pensando em futuras pesquisas, “como exossomos e vírus, e estimar seu tamanho e índice de refração em diferentes amostras. Também queremos revelar como células vivas se movem em direção à morte, controlando seu estado e conferindo nossos resultados com outras técnicas.”