Pesquisadores desenvolvem microscópio de fluorescência de lâmina de luz de baixo custo

A imagem tridimensional (3D) de órgãos e tecidos é vital, pois pode fornecer informações estruturais importantes no nível celular. A imagem 3D permite a visualização precisa dos tecidos e também ajuda na identificação de condições patológicas.

No entanto, para obter imagens 3D bem-sucedidas, são necessários pré-requisitos específicos, incluindo a preparação de amostras de tecido “limpas” — espécimes biológicos tornados transparentes pela remoção de componentes de dispersão de luz, como lipídios, para permitir a visualização abrangente de estruturas internas —, utilização de fluoróforos e adoção de uma técnica de imagem apropriada.

A microscopia de iluminação de plano seletivo (SPIM) é um tipo de microscopia de fluorescência de lâmina de luz (LSFM), que é uma técnica de imagem 3D que emprega uma lâmina fina de luz para iluminar tecidos limpos.

Avanços significativos em técnicas de limpeza de tecidos auxiliaram seu uso extensivo em imagens biomédicas. No entanto, os sistemas LSFM enfrentaram desafios de acessibilidade devido aos altos custos e complexidade.

Para abordar essa questão, uma equipe de pesquisadores da Universidade Juntendo no Japão, composta pelo Professor Associado Kohei Otomo, o Sr. Takaki Omura e o Professor Etsuo A. Susaki desenvolveu um LSFM inovador e de baixo custo chamado descSPIM — SPIM equipado para desktop para espécimes limpos. Eles otimizaram o design do microscópio para imagens rápidas de amostras de tecido limpo e verificaram sua utilidade como uma ferramenta de imagem usando estudos com animais. Suas descobertas foram publicadas em 12 de junho de 2024 no periódico Comunicações da Natureza.

Explicando a motivação por trás do desenvolvimento do descSPIM, o autor correspondente, Susaki, diz: “LSFM continua proibitivamente caro para muitos usuários finais, apesar dos avanços nas tecnologias de limpeza de tecidos. Quando reconheci esse gargalo, quis desenvolver microscópios de lâmina de luz acessíveis e com desempenho suficiente para melhorar a acessibilidade na pesquisa biomédica.”

A equipe desenvolveu o sistema microscópico descSPIM com foco na redução de custos, reduzindo o preço para aproximadamente entre US$ 20.000 e US$ 50.000. Eles também empregaram um design simplista que requer menos experiência tanto para montagem quanto para operação.

Os pesquisadores também incorporaram vários recursos exclusivos, como a utilização de uma cubeta de vidro para substituir a câmara média e um processo de sincronização de dois estágios durante a geração de imagens. Além disso, o mecanismo de captura de dados ópticos e sua conversão em imagens foi simplificado, o que resultou em uma redução significativa do tempo geral necessário para geração de imagens.

Além disso, os pesquisadores validaram as aplicações do descSPIM para visualização 3D de múltiplos tecidos e órgãos limpos. O descSPIM obteve com sucesso imagens volumétricas de amostras de cérebro inteiro de camundongos transgênicos, permitindo a visualização de estruturas e distribuições neuronais com resolução celular.

Em modelos de xenoenxertos derivados de linhagem de células cancerígenas (CDX), o descSPIM permitiu imagens 3D de massas tumorais inteiras, facilitando a visualização da distribuição de medicamentos dentro dos tecidos tumorais. Além disso, o descSPIM foi usado para gerar imagens 3D de seções espessas de tumores coradas com corantes fluorescentes, imitando a coloração padrão de hematoxilina-eosina (HE). Embora a resolução para exame de patologia clínica tenha sido relativamente baixa, demonstrou o potencial do descSPIM para futuras aplicações diagnósticas.

A equipe tornou o design do descSPIM de código aberto para facilitar a ampla disseminação acadêmica. “Os sistemas de microscopia comercial são geralmente projetados como caixas-pretas, onde o mecanismo interno é desconhecido para os usuários. No entanto, o design acessível e a natureza de código aberto do descSPIM representam um afastamento dessa norma. Sua construção amigável e natureza de código aberto promovem um ambiente colaborativo propício ao desenvolvimento de tecnologias de imagem pioneiras”, explica Otomo, o primeiro autor do estudo.

Pesquisadores em todo o mundo adotaram o sistema descSPIM para uma miríade de esforços de pesquisa, abrangendo desde a imagem detalhada e visualização de vários órgãos, incluindo o cérebro, hipotálamo, estômago e intestino em camundongos e ratos, até a investigação de metástase de câncer nos pulmões. Essas diversas aplicações ressaltam a versatilidade e eficácia do descSPIM em diferentes contextos biológicos.

Analisando as implicações de suas descobertas, Otomo diz: “Quando comparado aos microscópios de lâmina de luz disponíveis comercialmente, nosso sistema DIY proposto é mais de 10 vezes mais barato e apoia fortemente a disseminação da tecnologia de limpeza de tecidos e imagens 3D.”