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Uma equipe liderada pelo Professor Seo Dae-ha do Departamento de Física e Química do DGIST (Presidente Lee Kun-woo) desenvolveu uma nova tecnologia de microscopia em tempo real e observou com sucesso o comportamento de “proteínas motoras”[1]que pode ser a chave para desvendar a estratégia eficiente de transporte de material das células. A equipe de pesquisa usou sonda de nanopartículas, microscopia de alta resolução e tecnologias de algoritmo de transformada de Fourier para desenvolver “microscopia de campo escuro plasmônica baseada em transformada de Fourier” (microscopia FT-pdf) com precisão posicional e angular comparável à microscopia eletrônica, alcançando o mais alto nível de microscopia óptica existente.
As células transportam materiais de forma eficiente através de vesículas intracelulares chamadas endossomos[2]. Os materiais são transportados para seu destino por proteínas motoras que se movem ao longo de uma rede complexa de microtúbulos. Observar o movimento e a rotação dos endossomos que aparecem no processo de transporte fornece informações importantes para entender como o transporte intracelular é regulado de forma eficiente, o que, por sua vez, ajuda a elucidar funções e doenças celulares.
Para visualizar esse processo de transporte, a equipe de pesquisa desenvolveu a microscopia FT-pdf que realiza análises com a transformada de Fourier[3] técnica usando nanopartículas que têm “dependência do ângulo polar”[4]. Imagens dos sinais de dispersão observados pela luz polarizada rotativa são capturadas continuamente por um longo período de tempo e, quando combinadas com a tecnologia existente de rastreamento de partículas individuais, o movimento e a rotação das partículas podem ser observados em tempo real.
Usando um microscópio de campo escuro plasmônico, a equipe de pesquisa descobriu padrões temporais (características de séries temporais altas) nos movimentos rotacionais de endossomos em células, que eles interpretaram como semelhantes à estratégia de aprendizado por reforço de robôs de navegação ou mecanismos de busca na internet. A estratégia em tempo real de transporte de endossomos pode ser analisada e aplicada a modelos de células de doenças para explicar e diagnosticar a causa de doenças.
“Como mostrado neste estudo, células comuns que compõem o corpo humano parecem estar equipadas com a tecnologia de aprendizado de dados de robôs que os humanos estão desenvolvendo ativamente”, disse o Prof. Seo do Departamento de Física Química da DGIST. “Esta estratégia de nível molecular detém a chave para o transporte preciso de material e é outro tópico de pesquisa. Espera-se que o resultado da nossa pesquisa contribua para a compreensão e diagnóstico de doenças no futuro por meio de sua aplicação em células doentes”, acrescentou o Prof. Seo.
A pesquisa foi apoiada pelo Ministério da Ciência e TIC e pelo Programa de Pesquisa Básica e Centro de Pesquisa em Engenharia (ERC) da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, pelo Projeto de Inovação em Pesquisa Grand Challenge (D-GRIP) do DGIST e pelo Programa HRHR+. Os resultados da pesquisa foram publicados no periódico internacional Ciência Avançada.
Notas:
[1] Proteínas motoras: motores moleculares que se movem ao longo dos microtúbulos nas células. Elas incluem miosina e cinesina.
[2] Endossomo: vesículas formadas no citoplasma por endocitose, etc. em uma célula.
[3] Transformada de Fourier: uma ferramenta matemática que decompõe uma função de tempo ou espaço em seus vários componentes de frequência e permite a análise da magnitude e fase de cada frequência.
[4] Dependência do ângulo polar: refere-se ao fenômeno em que a natureza da interação de um estado polarizado de luz com a matéria muda com o ângulo polar da luz.
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