Investigadores identificaram uma nova classe de corantes fluorescentes que permite fazer imagem do cancro com alta resolução em células vivas, alcançando um nível de detalhe que, até agora, estava praticamente limitado a amostras fixadas.
A abordagem mostra, em tempo real, como se desenrolam processos associados ao cancro, revelando comportamentos moleculares que a imagem em células vivas costumava ocultar.
Corantes fluorescentes para imagem do cancro
Na margem de uma célula em movimento, começam a distinguir-se pequenas estruturas de “agarre”, à medida que se formam e se libertam durante a deslocação.
A Dra. Catherine Galbraith, professora associada de engenharia biomédica na OHSU, relacionou comportamentos específicos dos corantes com as condições que tornam essas estruturas visíveis no interior de células vivas.
As observações indicaram que as mesmas características celulares podem surgir de forma diferente consoante a aglomeração local, a acidez e o movimento dentro da célula.
Essa variabilidade obriga a escolher cada corante com cuidado, ajustando-o ao contexto biológico antes de levar a estratégia para sistemas celulares mais abrangentes.
Porque é que os novos corantes são superiores
A microscopia de super-resolução - técnicas de imagem que ultrapassam a desfocagem habitual imposta pela luz - enfrenta frequentemente dificuldades em células vivas por um motivo simples.
Muitos métodos dependem de luz muito intensa ou de químicos adicionais para forçar os corantes a alternarem entre estados “ligado” e “desligado”, e essas condições podem sobrecarregar as células.
Esse esforço é relevante quando os investigadores precisam de acompanhar minutos de comportamento, e não apenas uma única imagem “congelada”, algo particularmente importante em biologia do cancro.
Ao piscarem de forma natural, os novos corantes reduziram grande parte dessa exigência de preparação e tornaram a imagem avançada mais acessível a laboratórios mais comuns.
Não há um único vencedor
Ajustes químicos fizeram variar as razões ligado-desligado ao longo de duas ordens de grandeza, oferecendo aos investigadores um conjunto de opções em vez de um único “preferido”.
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, razões ligado-desligado mais baixas tendiam a produzir localizações moleculares mais limpas; porém, em células vivas, o equilíbrio mudava porque a cadência do brilho se alterava.
Por isso, o estudo defende que não existe um marcador universal e que a escolha deve recair num conjunto adaptado ao ambiente.
Observar a disseminação do cancro
Para quem investiga cancro, uma das visualizações mais marcantes pode ser a das adesões focais: pontos de aderência ricos em proteínas que ajudam as células a rastejar através do tecido.
Essas estruturas formam-se e desfazem-se à medida que as células se puxam para a frente, um processo associado à invasão e à disseminação do cancro.
Como as células tumorais metastáticas precisam de migrar e invadir o tecido circundante, o Instituto Nacional do Cancro (NCI) considera o movimento celular uma componente central da propagação do cancro.
“Estas ferramentas permitem-nos ver processos críticos relacionados com o cancro a acontecer ao vivo, à escala muito pequena onde são tomadas decisões-chave dentro das células”, afirmou Galbraith.
Acompanhar a actividade genética
No interior do núcleo, os corantes também permitiram seguir a cromatina - ADN enrolado em torno de proteínas - enquanto as células se mantinham vivas e em transformação.
Isto foi importante porque a actividade genética depende, em parte, de quão compactado este material está e de quando as regiões densas se tornam mais abertas.
Uma das variantes produziu ainda seis vezes mais detecções moleculares utilizáveis do que um marcador mais antigo activado por luz, ao mesmo tempo que acompanhava por quanto tempo o ADN se mantinha aberto.
Esses ganhos facilitaram o seguimento da actividade de controlo génico sem obrigar a 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 ácidos de reciclagem dentro das células - um corante de baixo brilho tornou as imagens mais nítidas precisamente porque o ácido alterava o seu padrão de intermitência.
A fixação das células anulou essa vantagem ao neutralizar o compartimento, e, nesse cenário, um corante diferente passou a ter melhor desempenho.
Como os tumores apresentam frequentemente bolsões ácidos, esta sensibilidade ao ambiente pode vir a ser útil, em vez de problemática, em estudos de cancro.
Sintonizar mensagens de ARN
O ARN mensageiro - instruções genéticas que transportam o código do ADN para construir proteínas - também surgiu com sinais mais claros quando a equipa combinou os corantes intermitentes com sondas de marcação de ARN.
Isso permitiu ao microscópio separar mensagens de ARN próximas com mais nitidez, ajudando a perceber se os genes actuam isoladamente ou em grupos.
Um segundo modo de imagem produziu representações mais nítidas a partir de oscilações de brilho usando menos de 1 000 fotogramas, tornando possíveis leituras rápidas.
Para laboratórios que seguem o ARN enquanto células cancerígenas ligam e desligam genes, essa velocidade pode alargar o que cabe em experiências de rotina.
O papel da velocidade e da resolução na imagem do cancro
A velocidade pesou tanto quanto a nitidez quando os investigadores acompanharam mitocôndrias em movimento e adesões celulares em crescimento ao longo do tempo.
Uma estratégia seguiu moléculas fluorescentes individuais para obter o máximo detalhe, enquanto outra trocou parte desse detalhe por actualizações mais rápidas.
Junto à margem dianteira, o método baseado na cintilação visualizou pequenas adesões recém-formadas, e uma configuração em células vivas funcionou três vezes mais depressa do que trabalhos anteriores.
Os resultados indicam que não é necessário um único método perfeito, desde que seja possível ajustar resolução e cadência à biologia em causa.
Adopção dos corantes para imagem do cancro
A facilidade de utilização pode determinar se estes corantes terão impacto, porque muitos laboratórios de cancro não dispõem de hardware personalizado nem de tempo para afinações delicadas da imagem.
“Novas ferramentas abrem a biologia”, disse Galbraith. Ainda assim, este conjunto não é “usar e já está”, uma vez que o corante errado pode ter fraco desempenho quando mudam a densidade, a acidez ou a fixação.
Na prática, a equipa da OHSU forneceu orientações de utilização aplicáveis, o que poderá acelerar a adopção.
De margens celulares em movimento a ADN densamente compactado e vesículas ácidas, os novos corantes tornaram a microscopia em células vivas mais versátil.
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