Investigadores identificaram uma nova classe de corantes fluorescentes que permitem imagiologia do cancro de alta resolução em células vivas, atingindo um nível de detalhe que, até agora, estava praticamente limitado a amostras fixadas.
A tecnologia mostra como os processos associados ao cancro se desenrolam em tempo real, revelando comportamento molecular que ficava oculto quando se tentava observar células vivas.
Corantes fluorescentes para imagiologia do cancro em células vivas
Na extremidade de uma célula em movimento, começam a distinguir-se pequenas estruturas de aderência, que surgem e se desfazem à medida que a célula avança.
A Dra. Catherine Galbraith, professora associada de engenharia biomédica na OHSU, ligou comportamentos específicos dos corantes às condições que tornam essas estruturas visíveis dentro de células vivas.
As observações mostraram que as mesmas características celulares podem apresentar-se de forma diferente consoante o grau de “aperto” local (densidade molecular), a acidez e o movimento no interior da célula.
Por causa dessa variabilidade, torna-se essencial escolher cada corante com cuidado de acordo com o contexto biológico antes de aplicar a abordagem a sistemas celulares mais abrangentes.
Porque é que os novos corantes são melhores
A microscopia de super-resolução - a imagiologia que ultrapassa a desfocagem habitual da luz - enfrenta frequentemente dificuldades em células vivas, por um motivo simples.
Muitos sistemas dependem de luz muito intensa ou de químicos adicionais para forçar os corantes a ligar e desligar, e essas condições podem provocar stress nas células.
Esse stress é crítico quando os investigadores precisam de acompanhar minutos de comportamento, em vez de obter apenas uma única imagem “congelada”, sobretudo na biologia do cancro.
Ao piscarem de forma natural, os novos corantes reduziram grande parte das exigências de preparação e tornaram a imagiologia avançada mais acessível a laboratórios mais comuns.
Não existe um único vencedor
Ajustes químicos alteraram as proporções de ligar-desligar em duas ordens de grandeza, oferecendo aos investigadores um conjunto de opções em vez de um “corante preferido” único.
Algumas variantes funcionaram melhor quando as moléculas estavam muito compactadas, enquanto outras lidaram melhor com alvos mais dispersos ou com sequências de imagem mais rápidas.
Em células fixadas, proporções mais baixas de ligar-desligar tendiam a gerar localizações moleculares mais limpas; porém, em células vivas, o equilíbrio mudou porque o tempo de brilho foi alterado.
É por isso que o estudo defende que não há uma etiqueta universal e que a escolha deve recair num conjunto seleccionado de acordo com o ambiente.
Observar a disseminação do cancro
Para quem investiga cancro, uma das visualizações mais marcantes poderá ser a das adesões focais: pontos de “agarre” ricos em proteínas que ajudam as células a deslocarem-se através dos tecidos.
Essas estruturas formam-se e desfazem-se enquanto as células se puxam para a frente, um processo associado à invasão e à disseminação do cancro.
Como as células tumorais metastáticas têm de migrar e invadir o tecido circundante, o Instituto Nacional do Cancro dos EUA (NCI) considera o movimento celular uma componente central da propagação do cancro.
“Estas ferramentas deixam-nos ver, ao vivo, processos críticos relacionados com o cancro, à escala muito pequena onde são tomadas decisões-chave dentro das células”, disse Galbraith.
Acompanhar a actividade genética
Dentro do núcleo, os corantes também permitiram seguir a cromatina - ADN enrolado em proteínas - enquanto as células se mantinham vivas e em transformação.
Isto foi relevante porque a actividade genética depende, em parte, de quão compactado este material está e de se as regiões densas se abrem.
Uma das versões gerou ainda seis vezes mais detecções moleculares utilizáveis do que uma etiqueta mais antiga activada por luz, ao mesmo tempo que acompanhava durante quanto tempo o ADN se mantinha aberto.
Esses ganhos facilitaram o seguimento da actividade de controlo genético sem ter de fixar as células num único instante.
Os corantes são sensíveis à acidez
A acidez revelou-se tão determinante que um corante adequado para um compartimento podia falhar noutro.
Nos lisossomas, compartimentos internos ácidos responsáveis por reciclagem celular, um corante com brilho reduzido produziu imagens mais nítidas precisamente porque o ambiente ácido alterou o seu padrão de intermitência.
Quando as células foram fixadas, essa vantagem inverteu-se ao neutralizar o compartimento, e um corante diferente passou então a apresentar melhor desempenho.
Como os tumores frequentemente incluem zonas mais ácidas, esta sensibilidade ambiental pode tornar-se uma vantagem - e não um problema - em estudos de cancro.
Sintonizar mensagens de ARN
O ARN mensageiro - instruções genéticas que transportam o código do ADN para produzir proteínas - surgiu também como sinais mais definidos quando a equipa combinou os corantes intermitentes com sondas de marcação de ARN.
Isso permitiu ao microscópio separar mensagens de ARN muito próximas com maior clareza, ajudando os cientistas a perceber se os genes actuam isoladamente ou em grupos.
Um segundo modo de imagiologia construiu imagens mais nítidas a partir de oscilações de brilho com menos de 1.000 fotogramas, viabilizando leituras rápidas.
Para laboratórios que acompanham ARN enquanto células cancerígenas ligam e desligam genes, essa rapidez pode alargar o que cabe em experiências de rotina.
O papel da velocidade e da resolução
Ao seguir mitocôndrias em movimento e aderências celulares em crescimento ao longo do tempo, a velocidade mostrou-se tão importante quanto a nitidez.
Uma abordagem permitiu acompanhar moléculas individuais brilhantes para obter o máximo detalhe, enquanto outra trocou parte desse detalhe por actualizações mais rápidas.
Perto da margem frontal, o método baseado na cintilação tornou visíveis pequenas aderências recém-formadas, e uma configuração em células vivas funcionou três vezes mais depressa do que trabalhos anteriores.
Os resultados indicam que os investigadores não precisam de uma técnica “perfeita”, desde que consigam ajustar resolução e ritmo de aquisição ao fenómeno biológico.
Adopção dos corantes na imagiologia do cancro
A facilidade de utilização pode ser decisiva para a relevância destes corantes, porque muitos laboratórios de cancro não dispõem de hardware personalizado nem de tempo para afinações delicadas de imagem.
“Novas ferramentas abrem a biologia”, disse Galbraith. Ainda assim, o conjunto não é de utilização imediata, já que o corante errado pode ter desempenho fraco quando a densidade, a acidez ou a fixação mudam.
Na prática, a equipa da OHSU forneceu instruções aplicáveis, o que pode acelerar a adopção.
Desde bordas celulares em movimento até ADN densamente compactado e vesículas ácidas, estes novos corantes tornaram a microscopia em células vivas mais versátil.
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