Microsc�pios cada vez mais avan�ados

Microsc�pios de fluoresc�ncia inovaram a forma de fazer pesquisa cient�fica: possibilitaram enxergar micro-organismos e part�culas invis�veis a olho nu. At� hoje, eles s�o primordiais para o trabalho de cientistas. E seguem sendo aprimorados. Pesquisadores do Salk Institute, na Calif�rnia, Estados Unidos, desenvolveram dois instrumentos vest�veis capazes de gerar imagens de alta resolu��o, alto contraste e multicoloridas da atividade da medula espinhal. Esse registro detalhado de regi�es antes inacess�veis � feito em tempo real.

Axel Nimmerjahn, respons�vel por liderar a pesquisa, conta que estudos anteriores relacionados � medula espinhal demonstraram que os neur�nios s�o fundamentais no processamento da dor, mas esses trabalhos n�o conseguiram captar o processo em movimento. "As abordagens anteriores n�o tinham resolu��o espacial ou temporal para capturar os padr�es de atividade correspondentes em tempo real", explica.

Segundo o tamb�m diretor do Waitt Advanced Biophotonics Center, os microsc�pios vest�veis podem suprir essa necessidade. "Eles permitem essas medi��es, o que � crucial para uma melhor compreens�o da l�gica celular e do processamento de informa��es dentro da medula espinhal. Al�m disso, permitem registros simult�neos de c�lulas n�o neuronais", detalha.

Os instrumentos vest�veis t�m entre 7 e 14 mil�metros de largura — aproximadamente a largura de um dedo mindinho. Para a montagem deles, os cientistas personalizaram seis microlentes e as inclu�ram em dois min�sculos barris �pticos — parte do microsc�pio por onde a luz atravessa. A equipe tamb�m colocou um cubo de filtro fluorescente no espa�o entre as lentes para captar as imagens de fluoresc�ncia. O resultado atingido foi o esperado.

O maior microsc�pio consegue captar imagens de 12 a 13 vezes maiores de regi�es do tecido nervoso, em rela��o ao que era poss�vel anteriormente. De acordo com Nimmerjahn, esses registros mais detalhados podem ajudar cientistas a entenderem a comunica��o entre a medula espinhal e as percep��es sensoriais: "Eles nos ajudam a compreender melhor como a informa��o sensorial, incluindo sinais de dor, � processada pela medula espinhal."

O cientista lembra que a rela��o entre informa��o sensorial e medula espinhal n�o � apenas uma troca de dados entre o c�rebro e �rg�os perif�ricos, e o novo instrumento ajuda na percep��o desse fen�meno complexo. 

J� o microsc�pio menor pode obter informa��es dessas sensa��es em contextos saud�veis ou de doen�as, como dor cr�nica, coceira, esclerose lateral amiotr�fica (ELA) e esclerose m�ltipla (EM): "Isso nos permite entender melhor como as entradas sensoriais s�o convertidas em sa�das motoras em condi��es normais e de doen�a", explica o pesquisador.

Para testar a nova tecnologia, os pesquisadores implantaram os microsc�pios vest�veis em camundongos machos e f�meas com idades entre 6 e 11 semanas. Os resultados do experimento demonstraram que, ao apertar as caudas das cobaias, os astr�citos — c�lulas do sistema nervoso que sustentam e nutrem os neur�nios — eram ativados e enviavam sinais coordenados pelos segmentos da medula espinhal. 

A partir da alta capacidade de imagem proporcionada pela nova tecnologia, a equipe investiga, agora, como diferentes condi��es de dor inflamat�ria e neurop�tica e doen�as neurodegenerativas alteram a atividade normal de tipos de c�lulas neuronais e n�o neuronais, al�m de quais abordagens terap�uticas poderiam ajudar a controlar essas din�micas anormais. "Nosso objetivo final � identificar melhores estrat�gias de tratamento para as patologias. Primeiro, em camundongos, e, depois, com m�dicos e empresas farmac�uticas para ensaios cl�nicos em humanos", antecipa Nimmerjahn.

Na avalia��o do neurocirurgi�o Luiz Cl�udio Modesto, do Hospital Bras�lia, a nova tecnologia tem potencial para favorecer a visualiza��o e registro da atividade el�trica da medula espinhal: "� um m�todo pelo qual a gente poderia interagir nesses neur�nios, deix�-los especialmente sens�veis para alguns comprimentos de onda e, ent�o, ter uma janelinha de estudo e de intera��o para iluminar o tecido e fazer a c�lula de um tipo ou de outro tipo disparar".

Al�m de microsc�pios capazes de analisar simultaneamente atividades das c�lulas nervosas, h� avan�os na microscopia quanto � an�lise de prote�nas. Cientistas do Max Planck Institute for Medical, na Alemanha, liderados pelo ganhador do Pr�mio Nobel de F�sica Stefan Hell, desenvolveram uma vers�o aprimorada de um avan�ado microsc�pio de fluoresc�ncia de alta resolu��o criado por eles, o Minflux. O novo instrumento consegue observar, em prote�nas, movimentos e altera��es de forma e tamanho nanom�tricos.

As ferramentas anteriores n�o eram suficientes para explorar movimentos e altera��es desse tipo. A primeira vers�o do microsc�pio, apresentada em 2016, foi usada para rastrear, em c�lulas, prote�nas marcadas com fluoresc�ncia. Entretanto, os movimentos captados eram aleat�rios, e o rastreamento de fluoresc�ncia tinha precis�es da ordem de dezenas de nan�metros.

O diferencial do novo sistema � a capacidade de poder registrar movimentos de prote�nas com uma precis�o espa�o-temporal de at� 1,7 nan�metro por milissegundo. Implementado em um microsc�pio padr�o, o novo Minflux influencia no direcionamento dos feixes de luz que atravessam as lentes para garantir precis�o nanom�trica e localiza��o em tempo real de mol�culas fluorescentes que foram ativadas individualmente.

O objetivo dos pesquisadores do instituto alem�o �, com o microsc�pio aprimorado, rastrear mol�culas fluorescentes individuais. Dessa forma, acreditam, ser� poss�vel estudar altera��es em prote�nas, especificamente a cinesina-1 — prote�na motora com capacidade para converter energia qu�mica (ATP) em locomo��o das c�lulas, considerada uma estrutura-chave para ajudar a entender a causa de atrofias musculares e algumas doen�as renais.

"A nova vers�o do Minflux permite, pela primeira vez, uma resolu��o espacial em microscopia de luz que � da ordem do tamanho de mol�culas biol�gicas (de 1 a 3 nan�metros)", assinala Hell. "Al�m disso, permite ver movimentos pequenos, mas muito r�pidos, de prote�nas e outras biomol�culas nas c�lulas, como as chamadas prote�nas motoras que transportam todo o tipo de carga."

O pesquisador, por�m, indica algumas limita��es do novo instrumento. Uma delas � que, para fazer as imagens detalhadas, ele precisa de mol�culas fluorescentes como marcadores. "Ele n�o captura a imagem das prote�nas e das biomol�culas em si, mas das pequenas mol�culas fluorescentes que s�o anexadas especificamente �s estruturas de interesse de an�lise", observa.

A equipe de cientistas considera que a nova tecnologia poder� contribuir para ampliar o entendimento de como as prote�nas funcionam e para decifrar os processos de origem de determinadas doen�as — informa��es estrat�gicas para a formula��o de tratamentos e interven��es eficazes. "Seremos capazes de medir movimentos mais r�pidos, como a curvatura das prote�nas � medida que se dobram e muitos outros movimentos parecidos de biomol�culas nas c�lulas", aposta Hell.

Cientistas da Duke University, nos Estados Unidos, desenvolveram um microsc�pio, chamado Multi Camera Array Microscope (MCAM), composto por dezenas de c�meras que podem capturar imagens tridimensionais em tempo real e com maior velocidade e resolu��o.

A primeira vers�o do instrumento era formada pela jun��o de 24 c�meras de smartphones em uma �nica plataforma, o que garantia a produ��o de imagens em alta resolu��o. A vers�o aprimorada conta com 54 lentes e, al�m de capturar imagens em alta qualidade, faz medi��es em tr�s dimens�es. Para isso, as dezenas de c�meras reunidas capturam frame por frame das amostras ou objetos, incluindo seres vivos, em diferentes perspectivas.

"Os recursos de imagem 3D v�m da redund�ncia de sobreposi��o das c�meras vizinhas que visualizam regi�es sobrepostas de diferentes perspectivas. Isso nos d� acesso a informa��es de altura de maneira semelhante a como os humanos percebem a profundidade com dois olhos", ressalta Roarke Horstmeyer, professor-assistente de engenharia biom�dica na Duke University e l�der do projeto.

De acordo com os criadores, a tecnologia MCAM pode ajudar pesquisadores a observar de forma simult�nea, em v�rios organismos vivos, as intera��es comportamentais macrosc�picas ocorrendo em �reas grandes e irrestritas. "Al�m disso, devido ao alto rendimento de nosso sistema, podemos acelerar a descoberta de medicamentos monitorando v�rios experimentos em paralelo", complementa Horstmeyer.

O pr�ximo passo do projeto � aprimorar o sistema de processamento de dados do microsc�pio, pois alguns minutos de grava��o podem produzir mais de um terabyte de dados. Al�m disso, os cientistas querem incorporar recursos de fluoresc�ncia para evitar poss�veis problemas de an�lise. "Estamos colaborando com v�rios cientistas para entender quais s�o suas necessidades e adaptar nosso sistema a elas", diz Horstmeyer.