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Tecnologia disruptiva para espécimes biológicos: como a microscopia de expansão pode remodelar o diagnóstico médico?
Com o avanço da tecnologia, novas tecnologias de imagem biológica estão surgindo uma após a outra. Entre elas, a "Expansion Microscopy" (ExM), como uma ferramenta inovadora de preparação de amostra, atraiu ampla atenção na comunidade de pesquisa biomédica. A ideia central dessa tecnologia é ampliar pequenas estruturas em amostras de células ou tecidos por meio de sistemas poliméricos, para que possam ser capturadas por uma gama mais ampla de técnicas de microscopia. O advento da microscopia de expansão quebra as limitações de resolução dos microscópios tradicionais, permitindo que os pesquisadores explorem estruturas biológicas mais delicadas com um custo de equipamento menor.
A microscopia de expansão pode ampliar uma amostra em até 16 vezes seu tamanho original, permitindo que os pesquisadores identifiquem pequenas estruturas com equipamentos padrão.
Princípios técnicos
O princípio da microscopia de expansão é baseado na introdução de redes poliméricas na amostra. A rede polimérica se expande fisicamente em resposta a reações químicas, aumentando o tamanho da estrutura biológica. Esse processo evita efetivamente as limitações de resolução dos microscópios ópticos tradicionais, especialmente ao detectar estruturas minúsculas, como vesículas sinápticas, que têm apenas 40-50 nanômetros de diâmetro, e a resolução é de apenas 200 nanômetros.
Contexto históricoO princípio mais importante é que a microscopia de expansão não requer equipamento especializado e seus custos de material são quase insignificantes.
A microscopia de expansão foi proposta pela primeira vez em 2015. Com o avanço contínuo de múltiplos estudos e a melhoria da tecnologia, ela tem sido aplicada à análise de diversas amostras biológicas. Essa tecnologia continuou a se desenvolver ao longo dos anos, especialmente na visualização e no sequenciamento molecular de moléculas de RNA. Em 2022, Hendrickson et al. superaram ainda mais as limitações da microscopia de expansão e desenvolveram a Microscopia de Revelação de Expansão, expandindo ainda mais seu escopo de aplicação.
Áreas de aplicação
Diagnóstico Médico
As mudanças e o potencial que a microscopia de expansão traz ao diagnóstico biomédico são, sem dúvida, uma de suas características mais marcantes. Os microscópios convencionais são limitados em sua capacidade de examinar estruturas celulares e biomoléculas, mas a microscopia de expansão permite que pesquisadores médicos obtenham imagens de amostras de tecido em alta resolução sem precisar depender de equipamentos de alto custo. Estudos recentes sobre doenças renais e neoplasias mamárias têm demonstrado que o uso da microscopia de expansão é muito eficaz para detecção e diagnóstico precoce.
A microscopia de expansão melhora a resolução da microscopia óptica, tornando possível a geração de imagens médicas.
Neurociência
Na pesquisa em neurociência, a microscopia de expansão é uma ferramenta importante para revelar a estrutura dos circuitos neurais. Essa tecnologia pode mapear neurônios e sinapses com mais clareza e localizá-los no nível molecular, ajudando a revelar como o sistema nervoso funciona. Por exemplo, ao expandir amostras de cérebro, os pesquisadores descobriram características patológicas da proteína beta-amiloide associada à doença de Alzheimer.
Vantagens e Desafios
A principal vantagem da microscopia de expansão é que ela não requer equipamentos ópticos caros e pode obter imagens de alta resolução em microscópios padrão. No entanto, essa técnica também enfrenta muitos desafios, incluindo possíveis falhas em várias etapas do processo de preparação da amostra. Por exemplo, se as células não forem completamente digeridas, isso afetará a expansão uniforme da amostra, resultando em distorção da imagem. Ao mesmo tempo, alguns marcadores fluorescentes tendem a desbotar durante o processo de polimerização, aumentando ainda mais a dificuldade do experimento.
Embora o potencial de aplicação da microscopia de expansão seja enorme, sua operação específica ainda requer controle rigoroso.
À medida que a tecnologia continua a melhorar, a aplicação da microscopia de expansão no campo biomédico está se expandindo rapidamente. No futuro, essa tecnologia poderá revolucionar nossa compreensão das células e suas funções? Que novas aplicações surgirão em pesquisas futuras?
