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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.
Agora, pesquisadores do Laboratório de Sistemas BIOnanofotônicos (BIOS) da Escola de Engenharia e da Universidade de Genebra 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, publicado recentemente na Natureza Engenharia Biomédicatem um potencial “enorme” para o desenvolvimento farmacêutico, bem como para a pesquisa fundamental.
“Um aspecto fundamental do nosso trabalho é que ele nos permite rastrear células individualmente em um modo de 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”, diz o chefe da BIOS, Hatice Altug.
Um milhão de elementos sensores
No coração do método dos cientistas está um centímetro2 chip nanoplasmônico 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”, diz o aluno de doutorado da BIOS e primeiro autor Saeid Ansaryan.
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 nanoburacos 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”, diz 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 secretoras de anticorpos.
“Vimos o conteúdo celular liberado durante duas formas de morte celular, apoptose e necroptose. Na última, o conteúdo é liberado em uma explosão assimétrica, resultando em uma assinatura de imagem ou impressão digital. Isso nunca antes foi mostrado na célula única nível”, diz Altug.
Triagem para aptidão celular
Como o método banha as células em um meio nutritivo e não requer marcadores fluorescentes tóxicos usados por outras tecnologias de imagem, as células em estudo podem ser facilmente recuperadas. Isso dá ao método grande potencial para uso no desenvolvimento de drogas farmacêuticas, vacinas e outros tratamentos; por exemplo, para ajudar os pesquisadores a entender como as células respondem a diferentes terapias no nível individual.
“Como a quantidade e o padrão de secreções produzidas por uma célula são um proxy para determinar sua eficácia geral, também podemos imaginar aplicações de imunoterapia nas quais você examina as células imunológicas do paciente para identificar aquelas que são mais eficazes e, em seguida, cria uma colônia dessas células, ” diz Ansaryan.
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