Identificação de lípidos: impressão digital química em vez de corante
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Uma equipa do Instituto Helmholtz de Munique e da Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveu uma nova técnica de microscopia que permite distinguir as espécies lipídicas nas células vivas - em particular o colesterol e a esfingomielina - e mapeá-las sem necessidade de marcação química. Combinando a iluminação no infravermelho médio com a deteção optoacústica, o método lê as impressões digitais espectrais naturais dos lípidos, eliminando a necessidade de etiquetas fluorescentes específicas, cujo desenvolvimento é trabalhoso e que podem interferir com a função dos lípidos. A equipa apresenta os seus resultados na revista Nature Methods.
Os lípidos são os principais blocos de construção das membranas celulares e ajudam a controlar a forma como as células transmitem sinais e transportam substâncias. No entanto, a deteção ou visualização de classes específicas de lípidos em células vivas é um desafio. A microscopia de fluorescência tradicional requer o desenvolvimento de etiquetas fluorescentes personalizadas para cada lípido - um processo moroso e dispendioso - e estas etiquetas podem, por vezes, afetar a função do lípido, stressar as células ou não se ligarem especificamente ao alvo pretendido.
A luz infravermelha média e os ultra-sons tornam os lípidos visíveis sem rótulos
Vasilis Ntziachristos, Chefe do Centro de Bioengenharia e Diretor do Instituto de Imagiologia Biológica e Médica (IBMI) da Helmholtz Munique, bem como Professor e Diretor da Cátedra de Imagiologia Biológica da Universidade Técnica de Munique, enfrentou este desafio desenvolvendo um novo método de microscopia denominado microscopia optoacústica hiperespectral de infravermelhos médios (HyFOPM), que torna os lípidos visíveis sem rótulos.
O método ilumina a amostra com luz infravermelha média pulsada em vários comprimentos de onda distintos, a chamada iluminação "hiperespectral". Os lípidos absorvem bandas específicas desta luz, produzindo um pequeno e breve aumento de temperatura que gera ondas de ultra-sons. Estas ondas são detectadas por transdutores de ultra-sons e convertidas numa imagem espetral. A análise computacional desta imagem espetral produz então mapas que mostram a distribuição dos diferentes lípidos na amostra.
"O padrão de absorção é caraterístico de diferentes moléculas e actua como uma impressão digital molecular única", afirma a Dra. Francesca Gasparin, cientista do IBMI e da TUM, e primeira autora do estudo. "Esta impressão digital no infravermelho médio permite-nos distinguir diferentes lípidos sem necessidade de etiquetas externas".
A região da impressão digital faz a diferença
O que torna este método único são os comprimentos de onda que utiliza. Muitas abordagens sem rótulos baseiam-se em gamas espectrais dominadas por ligações encontradas numa grande variedade de biomoléculas, produzindo sinais semelhantes que dificultam a distinção de classes individuais de lípidos.
Em vez disso, a equipa concentra-se na chamada região de impressão digital, onde as caraterísticas de absorção surgem predominantemente de modos vibracionais que são altamente caraterísticos da estrutura molecular de cada lípido. Isto significa que o método pode detetar não só os blocos de construção de uma molécula, mas também a forma como estão dispostos uns em relação aos outros. Ao operar nesta região, a técnica pode diferenciar entre espécies lipídicas - mesmo as quimicamente semelhantes, como os glicerofosfolípidos e a esfingomielina.
Stress mínimo para as células
Para testar a fiabilidade destas impressões digitais químicas, a equipa comparou as suas medições com a espetroscopia de infravermelhos convencional, que serviu de referência. Embora o método tradicional forneça medições precisas de compostos dissolvidos e gotículas de solução, não é adequado para células vivas, que requerem uma preparação especial que pode causar stress nas células.
A nova técnica de microscopia não só reproduziu os espectros lipídicos esperados em solução, como também permitiu medições diretamente em células vivas. "Uma das principais vantagens do HyFOPM é que a observação de lípidos sem rótulos resulta num stress mínimo para as células vivas", afirma Francesca Gasparin.
Perspectivas: Da cultura celular às aplicações adjacentes aos doentes
A longo prazo, os investigadores prevêem aplicações numa vasta gama de investigação sobre lípidos, desde a ciência básica a aplicações médicas que até agora têm sido de difícil acesso.
"Vasilis Ntziachristos. "Ser capaz de seguir e mapear classes de lípidos em células vivas sem rótulos abre novas formas de compreender os processos de doença e monitorizar a atividade metabólica - não só nas células mas também nos seres humanos. "A próxima etapa consiste em acelerar o método e testá-lo sistematicamente em sistemas celulares complexos, a fim de desenvolver conhecimentos sobre o desenvolvimento de doenças e a ação dos medicamentos. Em última análise, pretendemos utilizá-lo em seres humanos para a monitorização contínua de metabolitos, fornecendo biomarcadores acionáveis numa vasta gama de condições no âmbito da síndrome cardiometabólica e não só".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Francesca Gasparin, Alexander Prebeck, Alice Soldà, Nasire Uluç, Sarah Glasl, Constantin Berger, Miguel A. Pleitez, Vasilis Ntziachristos; "Differentiation of sphingomyelin and cholesterol by hyperspectral mid-infrared detection of single-bond vibrational modes in the fingerprint region"; Nature Methods, 2026-3-30
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