Os pesquisadores Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura e Takuro Ideguchi da Universidade de Tóquio desenvolveram um microscópio capaz de detectar sinais em uma faixa de intensidade quatorze vezes mais ampla do que a dos instrumentos padrão. O sistema também funciona sem etiquetas, ou seja, não depende de corantes adicionais. Essa abordagem delicada permite que as células permaneçam intactas durante a imagem de longo prazo, o que poderia beneficiar testes e controle de qualidade nas indústrias farmacêutica e biotecnológica. O estudo foi publicado na Nature Communications.
Os microscópios impulsionaram o progresso científico desde o século XVI, mas melhorias significativas frequentemente exigiram ferramentas cada vez mais especializadas. À medida que as técnicas se tornaram mais avançadas, também enfrentaram compromissos no que podiam medir. A microscopia de fase quantitativa (QPM) utiliza a luz espalhada para visualizar estruturas em escala microscópica (neste estudo, acima de 100 nanômetros), o que a torna útil para capturar imagens fixas de características celulares complexas. No entanto, a QPM não consegue detectar partículas muito pequenas. A microscopia de dispersão interferométrica (iSCAT) funciona de maneira diferente, capturando a luz espalhada para trás e pode detectar estruturas tão pequenas quanto proteínas individuais. Embora a iSCAT permita que os pesquisadores “acompanhem” partículas individuais e observem mudanças rápidas dentro das células, ela carece da visão mais ampla oferecida pela QPM.
Capturando Duas Direções de Luz ao Mesmo Tempo
“Eu gostaria de entender processos dinâmicos dentro de células vivas usando métodos não invasivos”, diz Horie, um dos primeiros autores.
Motivados por esse objetivo, a equipe examinou se coletar luz em ambas as direções ao mesmo tempo poderia preencher a lacuna e revelar atividades em uma ampla gama de tamanhos e movimentos em uma única imagem. Para explorar a ideia e confirmar que seu microscópio funcionava como esperado, observaram como as células se comportavam durante a morte celular. Em um experimento, capturaram uma imagem que continha informações da luz viajando tanto para frente quanto para trás.
Separando Sinais Sobrepostos
“Nosso maior desafio”, explica Toda, outro primeiro autor, “foi separar claramente dois tipos de sinais de uma única imagem, mantendo o ruído baixo e evitando a mistura entre eles.”
Os pesquisadores conseguiram identificar o movimento de estruturas celulares maiores (micro) assim como partículas muito menores (nano). Ao comparar os padrões na luz espalhada para frente e para trás, puderam estimar o tamanho de cada partícula e seu índice de refração, que descreve quão fortemente a luz se curva ou se espalha ao passar por um material.
Aplicações Futuras para Partículas Menores
“Planejamos estudar partículas ainda menores”, diz Toda, já pensando em pesquisas futuras, “como exossomos e vírus, e estimar seu tamanho e índice de refração em diferentes amostras. Também queremos revelar como as células vivas se dirigem para a morte controlando seu estado e verificando nossos resultados com outras técnicas.”
