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Pesquisadores da Universidade de Kyoto, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) e Photron Limited no Japão desenvolveram a câmera mais rápida do mundo capaz de detectar fluorescência de moléculas individuais. Eles descrevem a tecnologia e exemplos de seu poder em dois artigos publicados na mesma edição da revista Revista de Biologia Celular.
“Nosso trabalho com esta câmera ajudará os cientistas a entender como o câncer se espalha e a desenvolver novos medicamentos para o tratamento do câncer”, diz o especialista em bioimagem Takahiro Fujiwara, que liderou a pesquisa no Instituto de Ciências Integradas de Materiais Celulares (iCeMS).
A imagem de molécula fluorescente única (SFMI) usa uma molécula fluorescente como uma marca repórter que pode se ligar a moléculas de interesse em uma célula e revelar onde elas estão e como estão se movendo e se ligando umas às outras. A câmera ultrarrápida da equipe permite a maior resolução no tempo já alcançada pelo SFMI. Ele pode detectar movimentos de moléculas únicas que são 1.000 vezes mais rápidos do que a taxa de quadros de vídeo normal. Especificamente, ele pode detectar uma molécula com uma etiqueta fluorescente anexada a cada 33 microssegundos com precisão de 34 nanômetros na posição, ou a cada 100 microssegundos com precisão de 20 nanômetros.
“Agora podemos observar como as moléculas individuais dançam dentro das células vivas, como se estivéssemos assistindo a uma apresentação de balé no teatro”, diz Fujiwara. Ele enfatiza que as técnicas anteriores do SFMI eram como assistir ao balé uma vez a cada 30 segundos, então o público tinha que adivinhar a história a partir de tais observações esparsas. Era extremamente difícil e as suposições muitas vezes estavam totalmente erradas.
Além disso, a câmera ultrarrápida que a equipe desenvolveu melhorou tremendamente a resolução de tempo de um método anterior de super resolução espacial, que foi reconhecido com o prêmio Nobel de Química em 2014. Nesse método anterior, as posições de moléculas individuais são registradas como pequenos pontos de aproximadamente 20 nm, formando imagens como as pinturas de pontilhismo dos novos impressionistas, liderados por Georges Seurat. No entanto, o problema do pontilhismo sob o microscópio é que a formação da imagem é extremamente lenta e muitas vezes leva mais de 10 minutos para obter uma única imagem e, portanto, os espécimes tiveram que ser células mortas fixadas quimicamente. Com a câmera ultrarrápida desenvolvida, a imagem pode ser formada em 10 segundos, cerca de 60 vezes mais rápido, permitindo observações de células vivas.
A equipe demonstrou ainda mais o poder de sua câmera examinando a localização e o movimento de uma proteína receptora envolvida em cânceres e uma estrutura celular chamada de adesão focal. A adesão focal é um complexo de moléculas de proteína que conecta feixes de proteínas estruturais dentro das células ao material fora das células chamado matriz extracelular. Pode desempenhar um papel significativo nas interações mecânicas celulares com seu ambiente, permitindo que as células cancerígenas se movam e metastatizem.
“Em uma investigação, descobrimos que um receptor promotor de câncer que se liga a moléculas de sinalização fica confinado dentro de um compartimento celular específico por mais tempo quando é ativado. Em outra, revelamos estruturas ultrafinas e movimentos moleculares dentro da adesão focal que estão envolvidos nas atividades das células cancerígenas”, diz Akihiro Kusumi, o autor correspondente, professor da OIST e professor emérito da Universidade de Kyoto. Os resultados permitiram à equipe propor um modelo refinado de estrutura e atividade de adesão focal.
Muitas equipes de pesquisa em todo o mundo estão interessadas em desenvolver drogas que possam interferir no papel das aderências focais no câncer. A câmera ultrarrápida desenvolvida pela equipe em colaboração com o Sr. Takeuchi da Photron Limited, fabricante de câmeras no Japão, ajudará nesses esforços revelando uma compreensão mais profunda de como essas estruturas se movem e interagem com outras estruturas dentro e fora das células.
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