Sistema laser inovador faz avançar o método de microscopia para revelar mundos celulares ocultos
Estudo mostra como a técnica de microscopia de dois fotões pode tornar os tecidos complexos visíveis ao nível da célula
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Os investigadores do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), em colaboração com parceiros internacionais, desenvolveram um novo sistema laser que poderá simplificar significativamente a microscopia de dois fótons multicolorida. A tecnologia baseia-se num laser compacto de fibra ultra-rápida e permite visualizar vários tipos de células ou estruturas ao mesmo tempo, possibilitando o estudo de interações complexas nos tecidos. A abordagem poderá também encontrar aplicações na investigação médica. A equipa, liderada por investigadores do Centro Médico Universitário de Hamburgo-Eppendorf (UKE) e do DESY, apresenta os seus resultados na revista Laser & Photonics Reviews.
Uma plataforma de laser optimizada computacionalmente cria três cores de luz ultra-rápida (em cima), que são utilizadas para iluminar tecidos biológicos e excitar simultaneamente diferentes marcadores fluorescentes. Cada cor destaca seletivamente um tipo diferente de estrutura celular. As imagens resultantes (em baixo) revelam neurónios densamente compactados, células gliais de suporte e núcleos de células, bem como estruturas no tecido renal do rato, permitindo aos investigadores observar a forma como diferentes tipos de células se organizam e interagem.
Marvin Edelmann, DESY
A microscopia de dois fotões é uma ferramenta importante na investigação biomédica moderna. Permite obter vistas tridimensionais de alta resolução de tecidos e estruturas celulares. A técnica torna-se particularmente poderosa quando vários componentes celulares podem ser visualizados simultaneamente em cores diferentes. Na prática, porém, a chamada microscopia de dois fótons multicolorida é tecnicamente exigente, pois normalmente requer vários sistemas laser dispendiosos, cada um produzindo luz de uma cor diferente.
O estudo, liderado pelo investigador do DESY Marvin Edelmann e pelo cientista do UKE Andreu Matamoros-Angles, apresenta uma abordagem que reduz significativamente esta complexidade. No projeto interdisciplinar, os físicos de laser do Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) - uma instituição conjunta do DESY, da Sociedade Max Planck e da Universidade de Hamburgo - trabalharam em conjunto com investigadores do Instituto de Neuropatologia do UKE e da Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya (UVic-UCC), que contribuíram com a preparação e análise de amostras biológicas. A colaboração reflecte um esforço mais vasto do DESY para desenvolver tecnologias laser em estreita parceria com outras instituições de investigação de Hamburgo.
Em vez de combinar vários lasers, o sistema utiliza uma única fonte de laser ultrarrápido baseada numa fibra. Utilizando simulações específicas e uma configuração ótica especialmente concebida, os investigadores conseguiram adaptar com precisão o espetro de banda larga dos impulsos laser, permitindo a geração simultânea de cores de excitação múltiplas e bem definidas a partir de uma única fonte para atingir seletivamente diferentes estruturas e dinâmicas biológicas.
"O sistema laser baseia-se num único laser de fibra cujo espetro é alargado utilizando uma fibra de cristal fotónico especialmente concebida. O principal avanço é o facto de podermos utilizar simulações em computador para prever exatamente as cores que a fibra irá gerar. Isto torna o sistema reprodutível e prático", afirma Marvin Edelmann, primeiro autor do estudo e investigador de doutoramento no DESY e na Escola Max Planck de Fotónica. "Este trabalho mostra como as simulações orientadas podem ser utilizadas para desenvolver uma fonte laser de impulsos curtos compacta e económica para a microscopia de dois fotões multicoloridos", acrescenta Mikhail Pergament, líder da equipa de laser do grupo Ultrafast Optics and X-rays (UFOX) do DESY.
A fonte de laser gera três impulsos ultracurtos separados espectralmente a cerca de 960, 1080 e 1175 nanómetros - comprimentos de onda particularmente adequados para excitar os marcadores fluorescentes habitualmente utilizados. Para testar o sistema, os investigadores examinaram amostras de tecido triplamente marcadas de cérebro, rim e fígado de ratinho. Utilizando a microscopia de dois fotões multicolorida, foi possível visualizar simultaneamente diferentes estruturas celulares, incluindo redes neuronais, astrócitos, núcleos celulares, vasos sanguíneos e fibras nervosas.
"Fontes laser compactas como esta tornarão a microscopia multifotónica multicolor muito mais acessível", afirma Franz X. Kärtner, chefe do grupo UFOX no DESY e professor de Física na Universidade de Hamburgo, onde o estudo foi realizado. Markus Glatzel, Professor e Diretor do Instituto de Neuropatologia da UKE, acrescenta: "Esta tecnologia permitirá aos investigadores estudar processos biológicos complexos que envolvem múltiplos tipos de células em interação, por exemplo, no cérebro ou em tecidos tumorais. A longo prazo, poderá ajudar-nos a compreender melhor os mecanismos das doenças e abrir novas vias para o diagnóstico e a terapia. Estas abordagens interdisciplinares abrem também novas possibilidades para investigações neuropatológicas resolvidas no tempo, que dependem de forma crítica dos avanços na tecnologia laser".
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.
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