Notícia

Técnica não invasiva pode examinar células e revelar doenças

José Luis Olivares, MIT

Fonte

MIT

Data

domingo, 6 agosto 2017 18:50

Áreas

Biomecânica. Biofísica, Física Médica.

A rigidez ou elasticidade de uma célula pode revelar muito sobre se a célula está saudável ou está doente. As células de câncer, por exemplo, são mais elásticas que o normal, enquanto células afetadas por asma podem ser bastante rígidas.

Determinar as propriedades mecânicas das células pode então ajudar os médicos a diagnosticar e rastrear a progressão de certas doenças. Os métodos atuais para fazer isso envolvem diretamente amostrar células com instrumentos caros, como microscópios de força atômica e pinças ópticas, que fazem contato direto e invasivo com as células.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) , nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica para avaliar as propriedades mecânicas de uma célula simplesmente pela observação. Os pesquisadores usaram um microscópio confocal padrão para observar os movimentos de partículas celulares – movimentos reveladores que podem ser usados ​​para decifrar a rigidez de uma célula. Ao contrário das pinças ópticas, a técnica usada não é invasiva, correndo pouco risco de alterar ou danificar uma célula enquanto examina seu conteúdo.

“Existem várias doenças, como certos tipos de câncer e asma, onde sabe-se que a rigidez da célula está ligada ao fenótipo da doença”, diz o Dr. Ming Guo, professor de engenharia mecânica do MIT. “Esta técnica realmente abre uma porta para que um médico ou um biólogo possam acessar propriedades mecânicas de células de uma forma muito rápida e não invasiva“.

O Dr. Ming Guo e o estudante de pós-graduação Satish Kumar Gupta publicaram seus resultados na revista científica “Journal of the Mechanics and Physics of Solids”.

Movimentação celular

Em sua tese de doutorado de 1905, Albert Einstein obteve uma fórmula, conhecida como equação de Stokes-Einstein, que permite calcular as propriedades mecânicas de um material observando e medindo o movimento das partículas nesse material. Porém, o material deve estar “em equilíbrio”, o que significa que qualquer movimento de partículas deve ser devido ao efeito da temperatura do material em vez de quaisquer forças externas que atuem sobre as partículas.

“Você pode pensar em equilíbrio como uma xícara de café quente”, diz o Dr. Guo. “A temperatura do café sozinha pode dispersar o açúcar. Agora, se você mexer o café com uma colher, o açúcar se dissolve mais rápido, mas o sistema não é conduzido apenas pela temperatura e não está mais em equilíbrio. Você está mudando o ambiente, colocando energia e fazendo a reação acontecer mais rápido “.

Dentro de uma célula, organelas, como mitocôndrias e lisossomos, estão em constante vibração devido à temperatura da célula. No entanto, diz o Dr. Guo, há também muitas proteínas e moléculas que agitam o citoplasma circundante, e que, de vez em quando, empurram ativamente organelas vibrantes ao redor como bolas de bilhar.

Quadro a quadro

O Dr. Guo e sua equipe supuseram que poderia haver uma maneira de provocar movimentos devidos à temperatura em uma célula, observando a célula por um período de tempo muito pequeno. Eles perceberam que as partículas energizadas exclusivamente devido à temperatura exibem um constante movimento de vibração. Não importa quando você olha para uma partícula sob o efeito da temperatura, ela estará se movendo.

Em contraste, processos ativos que podem transferir energia a uma partícula em torno do citoplasma de uma célula fazem isso apenas ocasionalmente. Ao ver tais movimentos ativos, eles formularam a hipótese de que seria mais adequado olhar para a célula por um período de tempo mais longo.

Para testar sua hipótese, os pesquisadores realizaram experiências em células de melanoma humano, uma linha de células cancerosas que escolheram por sua capacidade de crescer rapidamente. Eles injetaram pequenas partículas de polímero em cada célula e seguiram seus movimentos sob um microscópio fluorescente confocal padrão. Eles também variaram a rigidez das células através da introdução de sal na solução celular – um processo que extrai a água das células, tornando-as mais comprimidas e rígidas.

Os pesquisadores registraram vídeos das células em diferentes taxas de amostragem (quadros por segundo) e observaram como os movimentos das partículas mudavam com a rigidez celular. Quando eles observaram as células em frequências superiores a 10 quadros por segundo, eles observavam principalmente partículas vibrando no lugar; essas vibrações pareciam ser causadas apenas pela temperatura. Somente a taxas de amostragem mais lentas, eles detectaram movimentos mais ativos e aleatórios, com partículas se movimentando em distâncias maiores dentro do citoplasma.

Para cada vídeo, eles rastrearam o caminho de uma partícula e aplicaram um algoritmo que desenvolveram para calcular a distância da movimentação média da partícula. Eles então conectaram esse valor a um formato generalizado da equação de Stokes-Einstein.

O Dr. Guo e sua equipe compararam seus cálculos de rigidez com as medidas reais feitas por pinças ópticas. Os cálculos correspondem às medições apenas quando eles observaram o movimento de partículas capturadas com frequências de 10 quadros por segundo ou superiores. O Dr. Guo diz que isso sugere que os movimentos de partículas que ocorrem em altas frequências são, de fato, devidos à temperatura.

Os resultados da equipe sugerem que, se os pesquisadores observarem as células com taxas de amostragem suficientemente altas, podem isolar movimentos de partículas que são apenas provocados pela temperatura e determinar o seu deslocamento médio – um valor que pode ser conectado diretamente à equação de Einstein para calcular a rigidez de uma célula.

“Agora, se as pessoas quiserem medir as propriedades mecânicas das células, elas podem simplesmente observá-las”, diz o Dr. Guo.

A equipe agora trabalha com médicos do Hospital Geral de Massachusetts, que esperam usar a nova e não invasiva técnica para estudar células envolvidas em câncer, asma e outras condições em que as propriedades das células mudam à medida que a doença avança.

Acesse  resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte: Jennifer Chu, MIT News Office. Imagem: José Luis Olivares, MIT

Em suas publicações, o Portal Tech4Health da Rede T4H tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Portal Tech4Health tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas.