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Microscopia de Força Atômica (AFM).

Pesquisadores estão progredindo no desenvolvimento de um sistema que mede as propriedades mecânicas de células vivas, uma tecnologia que pode vir a ser usada no diagnóstico de doenças humanas e no melhor entendimento de processos biológicos.

A equipe usou um instrumento denominado microscópio de força atômica para estudar três tipos bastante distintos de células e para demonstrar o amplo potencial de aplicação do método, disse Arvind Raman, professor de engenharia mecânica da Universidade Purdue, nos EUA.



Essa concepção artística revela o uso de um microscópio de força atômica para estudar as propriedades mecânicas das células, uma inovação que pode resultar em uma nova forma para diagnosticar doenças e estudar processos biológicos. Aqui, três tipos de células são estudados usando o instrumento: um fibroblasto de rato que corresponde à célula estreita e alongada no centro, uma bactéria E. coli que está no canto superior direito e um glóbulo vermelho humano que está no canto inferior esquerdo. As partes coloridas mostram o benefício dessa nova técnica, representando as propriedades mecânicas das células, enquanto as porções em tons cinza representam o que era possível até então usando uma abordagem convencional.

Créditos: Universidade Purdue/Alexander Cartagena.


Por exemplo, a técnica poderia ser utilizada para estudar como as células aderem aos tecidos, o que é fundamental para o entendimento de muitas doenças e processos biológicos; como as células se movem e mudam de forma; como as células cancerígenas evoluem durante o processo de metástase, e como as células reagem a estímulos mecânicos necessários para estimular a produção de proteínas vitais. A técnica também poderia ser usada no estudo de propriedades mecânicas de células sob a influência de antibióticos e drogas que inibem o câncer para compreender mais sobre os mecanismos envolvidos.

"Há uma percepção crescente do papel da mecânica em biologia celular e, de fato, há um grande esforço na construção de modelos para explicar como as células percebem, reagem e se comunicam mecanicamente, tanto na saúde quanto na doença", disse Sonia Contera, coautora do artigo e diretora do Programa Oxford Martin em Nanotecnologia e colaboradora do Departamento de Física de Oxford. "Com esse trabalho, nós desenvolvemos uma ferramenta para começar a abordar algumas dessas questões quantitativamente: Esse é um grande passo."

Um microscópio de força atômica utiliza uma pequeníssima sonda vibrante para obter informação sobre a superfície de materiais em escala nanométrica, ou seja, uma bilionésima fração do metro. Como o instrumento permite que cientistas "vejam" objetos muito menores que os possíveis usando microscópios óticos convencionais, o microscópio de força atômica foi ideal para "mapear" as propriedades mecânicas das menores estruturas celulares.

"Os mapas identificam as propriedades mecânicas de diferentes partes de uma célula, se elas são moles ou rígidas ou esponjosas", disse Raman, que está trabalhando com o estudante de doutorado Alexander Cartagena e outros pesquisadores. "O ponto chave é que agora nós podemos fazer isso em alta resolução e com velocidade maior que nas técnicas convencionais."

A capacidade de alta velocidade torna possível observar células vivas e observar processos biológicos em tempo real. Essa técnica oferece a esperança do desenvolvimento de uma análise mecanobiológica para complementar padrões bioquímicos.

"O microscópio de força atômica é a única ferramenta que permite mapear propriedades mecânicas - inclusive tirar uma fotografia, se você desejar - das propriedades mecânicas de uma célula viva", disse Raman.

Contudo, as técnicas existentes para o mapeamento dessas propriedades usando o microscópio de força atômica são muito lentas ou não possuem resolução suficiente.

"Esta inovação supera essas limitações, principalmente por meio de melhorias no processamento de sinal", afirmou Raman. "Você não precisa de novos equipamentos, então esse é um caminho econômico para aumentar o número de pixels por minuto e obter informações quantitativas. Mais importante, nós aplicamos a técnica em três tipos bastante diferentes de células: bactéria, glóbulos vermelhos humanos e fibroblastos de ratos. Isso demonstra o amplo potencial de utilidade na medicina e em pesquisas."

A técnica é quase cinco vezes mais rápida que as técnicas padrões de um microscópio de força atômica.

Purdue University (Tradução - AGS).


Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia é: "Mapping Nanomechanical Properties of Live Cells Using Multi-harmonic Atomic Force Microscopy" de autoria de A. Raman, S. Trigueros, A. Cartagena, A. P. Z. Stevenson, M. Susilo, E. Nauman, e S. Antoranz Contera foi publicado online na Nature Nanotechnology e pode ser acessado no link http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2011.186.


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