Cientistas abrem novos horizontes para a microscopia criogênica

7 de junho de 2023

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por Sandrine Perroud, Escola Politécnica Federal de Lausanne

Os cientistas da EPFL desenvolveram um novo instrumento de pesquisa para observar amostras de tecido biológico preparadas usando um método descoberto há cerca de quarenta anos pelo ganhador do Prêmio Nobel Jacques Dubochet, professor emérito da Universidade de Lausanne. Seu instrumento - o único de seu tipo no mundo - abre novos caminhos promissores de pesquisa.

Levou o Prof. Anders Meibom e seu grupo de pesquisa quase 10 anos e vários protótipos antes de finalmente fazê-lo. Eles agora conseguiram aprimorar um método de análise conhecido como espectrometria de massa de íons secundários em nanoescala (NanoSIMS) construindo uma máquina CryoNanoSIMS - um instrumento que pode analisar a composição química e isotópica de amostras de tecido vitrificadas.

O processo de preparação de amostras que eles usaram foi desenvolvido na década de 1980 pelo conhecido biofísico de Vaud, Jacques Dubochet – que ganhou o Prêmio Nobel de Química de 2017 por esse avanço. Esse processo, que forma a base da microscopia eletrônica criogênica moderna, preserva todos os constituintes de uma amostra biológica em seu estado post-mortem mais primitivo. A máquina CryoNanoSIMS do grupo de pesquisa e os benefícios potenciais são descritos em um artigo publicado na BMC Biology.

"Agora somos capazes de gerar imagens precisamente onde em uma amostra de célula ou tecido um nutriente específico é armazenado ou usado, ou onde uma determinada droga entra - ou não entra. Não há outra maneira de obter essa informação", diz Meibom , que dirige o Laboratório de Geoquímica Biológica da Escola de Arquitetura, Engenharia Civil e Ambiental da EPFL e também é professor da Universidade de Lausanne (UNIL).

Com a máquina CryoNanoSIMS, os cientistas podem coletar amostras de tecidos biológicos preparados criogenicamente – nas quais nenhuma molécula foi perdida ou mesmo deslocada – e observar diretamente a distribuição subcelular exata de compostos essenciais para o tratamento de infecções bacterianas e câncer, por exemplo. Os cientistas também podem usar a máquina para visualizar a distribuição de oligoelementos no tecido vegetal, o que é extremamente importante para melhorar o crescimento das plantas e a produção agrícola e rastrear contaminantes ambientais no solo e biofilmes. E tudo isso pode ser feito em uma resolução espacial subcelular. "Nosso instrumento CryoNanoSIMS cria oportunidades de pesquisa totalmente novas", diz Meibom.

"No meu laboratório, estamos desenvolvendo um intenso programa de pesquisa em torno dessa capacidade única." O laboratório CryoNanoSIMS da Meibom está sediado na UNIL, onde faz parte do Centro de Análise de Superfície Avançada, um consórcio de laboratórios da UNIL e EPFL que usa equipamentos de última geração para conduzir análises elementares e isotópicas de superfície para uma ampla gama de tópicos de pesquisa que vão da geologia à biologia. Comentando sobre o novo instrumento, Dubochet o anuncia como "uma importante expansão do campo da química biológica".

A tecnologia NanoSIMS já revolucionou o campo da imagem quando foi introduzida há cerca de 20 anos. Consiste em direcionar um feixe de íons para uma amostra e produzir imagens com resolução de 100 nm. Mas todos os métodos de preparação de amostra associados resultam em algum grau de distorção da morfologia do tecido e perda de compostos solúveis. Para superar esses obstáculos, Meibom e sua equipe desenvolveram um processo criogênico para preparar amostras e adicionaram novos componentes físicos, incluindo um tanque de nitrogênio líquido, a uma máquina NanoSIMS para que ela pudesse acomodar amostras criogênicas.