Os pesquisadores da Universidade de Tóquio Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura e Takuro Ideguchi inventaram um microscópio capaz de detectar sinais com uma faixa de intensidade 14 vezes maior que os instrumentos padrão. O sistema também funciona sem rótulos, o que significa que não depende de adição de corantes. Esta abordagem suave permite que as células permaneçam intactas durante imagens de longo prazo, o que pode beneficiar testes e controle de qualidade em ambientes farmacêuticos e de biotecnologia. O estudo aparece em comunicações da natureza.
Os microscópios têm impulsionado o progresso científico desde o século XVI, mas grandes melhorias muitas vezes requerem ferramentas cada vez mais especializadas. À medida que as tecnologias se tornam mais avançadas, elas também enfrentam compensações nas capacidades de medição. A microscopia de fase quantitativa (QPM) usa luz dispersa direta para visualizar estruturas em microescala (neste estudo, mais de 100 nanômetros), o que a torna útil para capturar imagens estáticas de características celulares complexas. No entanto, o QPM não consegue detectar partículas muito pequenas. A microscopia de dispersão de interferência (iSCAT) funciona de maneira diferente, capturando luz retroespalhada e pode detectar estruturas tão pequenas quanto proteínas individuais. Embora o iSCAT permita aos pesquisadores “rastrear” partículas individuais e observar mudanças rápidas dentro das células, falta-lhe a visão mais ampla fornecida pelo QPM.
Capture luz de duas direções simultaneamente
“Eu queria usar métodos não invasivos para compreender os processos dinâmicos dentro das células vivas”, disse Horie, um dos primeiros autores.
Motivada por este objetivo, a equipe investigou se a coleta simultânea de luz de ambas as direções poderia preencher a lacuna e revelar atividades de vários tamanhos e movimentos em uma única imagem. Para explorar esta ideia e confirmar que o seu microscópio estava a funcionar conforme esperado, observaram como as células se comportavam durante a morte celular. Numa experiência, eles capturaram uma imagem contendo informações da luz viajando para frente e para trás.
Sinais sobrepostos separados
“Nosso maior desafio foi separar claramente os dois sinais de uma única imagem, mantendo o ruído baixo e evitando a mistura entre eles”, explica Toda, outro primeiro autor.
Os pesquisadores identificaram com sucesso o movimento de estruturas celulares maiores (micrômetros) e partículas menores (nanômetros). Ao comparar os padrões de luz espalhada para frente e para trás, eles puderam estimar o tamanho de cada partícula e seu índice de refração, que descreve a intensidade com que a luz é curvada ou espalhada ao passar pelo material.
Aplicações futuras para partículas menores
“Planejamos estudar partículas menores”, diz Toda, que já pensa em estudos futuros, “como exossomos e vírus, e estimar seu tamanho e índice de refração em diferentes amostras. Também queremos revelar como as células vivas morrem, controlando o estado das células vivas e verificando novamente nossos resultados com outras técnicas”.
